DE542078C

DE542078C - Anordnung zur Verhuetung des Ausbeulens der den Staender- vom Laeuferraum trennenden, im Luftspalt liegenden rohrfoermigen Wand von unter Wasser oder unter anderen Fluessigkeiten arbeitenden Elektromotoren

Info

Publication number: DE542078C
Application number: DEG76722D
Authority: DE
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1928-07-16
Filing date: 1929-06-18
Publication date: 1932-01-22

Description

Die Erfindung betrifft Elektromotoren, die, etwa zum direkten Antrieb von Pumpen, unmittelbar in dem zu fördernden Wasser oder in einer anderen Flüssigkeit arbeiten können und zu diesem Zweck im Spalt zwischen dem Stator und dem Rotor eine flüssigkeitsdichte Zwischenwand in Form eines dünnwandigen Rohres (Spaltrohr) besitzen, welches an das Gehäuse des Stators ringsherum dicht angeschlossen wird, so daß die Statorwicklung vollkommen eingekapselt ist.

Nach einem bekannten Vorschlag wird der so gebildete Ständerraum mit einem isolierenden öl gefüllt. Die bedeutende Ausdehnung der ölfüllung durch die Betriebserwärmung führt jedoch zu großen Volumenerhöhungen bzw. Drucksteigerungen, die das Spaltrohr in unzulässiger Weise an den Läufer drücken können. Würde man aber dagegen das Trennrohr so stark ausführen, daß es allen Drucksteigerungen gewachsen wäre, oder würde man nur begrenzte Temperaturschwankungen in der Statorkammer zulassen, so würde dies eine unwirtschaftliche Überdimensionierung des Motors zur Folge haben, wie auch für die flüssige Füllung etwa vorgesehene Druckausgleichvorrichtungen übermäßig groß ausfallen würden. Auch die notwendige Unempfindlichkeit des Motors gegen Druckschwankungen der Förderflüssigkeit bereitet bei flüssiger Füllung der Statorkammer große Schwierigkeiten.

Außer der erwähnten flüssigen Füllung ist auch eine feste Füllung der Statorkammer bereits vorgeschlagen worden, und zwar die in der Elektrotechnik gebräuchliche Kompoundmasse. Auch dieses Füllmittel ist jedoch nicht geeignet, den besonderen Anforderungen eines Unterwassermotors zu entsprechen, da die bekannte Kompoundmasse der Elektrotechnik schon bei einer verhältnismäßig niederen Temperatur flüssig wird. Dieses Flüssigwerden muß aber bei einem solchen Motor unbedingt vermieden werden, da sonst dieselben ungünstigen Verhältnisse entstehen wie bei der flüssigen ölfüllung; ja es kommt noch der weitere Nachteil hinzu, daß die Verflüssigung der Kompoundmasse örtlich und zeitlich ganz unregelmäßig vor sich geht und daher in keiner Weise beherrscht werden kann. Wollte man das Flüssigwerden der Kompoundmasse vermeiden, so wäre das einzige Mittel eine Beschränkung der betriebsmäßigen Temperaturschwankungen der Statorwicklung, was aber, wie erwähnt, eine übermäßige _vund daher unwirtschaftliche Dimensionierung des Motors zur Folge hätte.

Alle diese Schwierigkeiten werden nun erfindungsgemäß dadurch beseitigt, daß die Statorkammer mit einem festen Füllmittel

ganz oder teilweise ausgefüllt wird, welches selbst bei den höchsten im Betrieb zu erwartenden Motortemperaturen starr bleibt. Die Wärmeausdehnung eines solchen festen Füllstoffes wird auch bei großen Temperaturschwankungen in verhältnismäßig engen Grenzen bleiben, ja bei richtiger Wahl des Füllstoffes praktisch überhaupt nicht in Erscheinung treten, und es wird daher auch die

ίο Beanspruchung des Trennrohres keine übermäßige sein, so daß dasselbe verhältnismäßig dünn ausgeführt werden kann; infolgedessen ist es auch möglich, den Luftspalt zwischen Stator und Rotor so auszuführen, daß er seinen bei Induktionsmotoren üblichen Wert nicht wesentlich überschreitet, was eine normale Dimensionierung des Motors zur Folge hat.

Durch die Erfindung wird der Ausbildung des eigentlichen Statorkernes (Statorblechpaketes) keinerlei Beschränkung auferlegt, so daß Kern und Wicklung nach den modernen Grundsätzen der Elektrotechnik in günstiger Weise entworfen und ausgeführt werden können. Darin liegt ein wesentlicher Vorteil gegenüber allen jenen ohne Spaltrohr ausgeführten Unterwassermotoren, bei welchen die Statorwicklung sich gänzlich im Innern der Kernmasse des Stators befindet und diese Kernmasse durch ihre besondere Beschaffenheit gegenüber schädlichen äußeren Einflüssen widerstandsfähig gemacht werden soll. So ist beispielsweise vorgeschlagen worden, die Kernmasse aus einer pulverförmigen Substanz, die aus eisenhaltigen Bestandteilen und Bakelit als Binder besteht, zu gießen, wobei die Wicklung in dem gegossenen Kernblock vollständig eingebettet sein sollte. Es ist klar, daß ein solcher Statorkern äußerst mangelhafte magnetische Eigenschaften besitzt, wenn man ihn mit dem üblichen Kernaufbau vergleicht, der bei den erfindungsgemäßen Motoren ohne weiteres verwendet werden kann.

Die Erfindung kann auf verschiedene Weise ausgeführt werden. Es soll jedoch zuvor eine Ausführungsform eines Motors, bei welchem die Erfindung ausgeführt werden kann, an Hand der Zeichnung geschildert werden, worin Abb. 1 einen Axialschnitt durch einen solchen Motor, Abb. 2 einen Querschnitt durch den Rotor im vergrößerten Maßstab nach der Linie A-B der Abb. 1 bedeutet. Die Abb. 3 zeigt eine Ausführungsform der dichten Befestigung der Enden des dünnwandigen .Trennungsrohres.

Der Rotor 1 sitzt auf der Welle 2, die in den Lagern 3 und 4 des Gehäuses 5 gelagert ist. Dieses Gehäuse 5 umschließt auch den Stator 6 mit seinen Wicklungen 7 und besteht hier aus einem rohrförmigen Teil und den Endstücken 8 und 9, welch letzteres durch einen das Lager 4 enthaltenden Deckel 10 abgeschlossen ist. Die Endstücke 8 und 9 enthalten einwärts vorragende Flanschen 11, 12, an deren Innenbegrenzung ein dünnwandiges Trennungsrohr 13 dicht befestigt ist, indem die Enden des Trennungsrohres 13 mit einer Umbördelung 18 (Abb. 3) versehen sind, die an den Flansch 11 bzw. 12 des Motorgehäuses 5 angelegt und durch den Druckring 19 daran befestigt wird. Auf diese Weise wird innerhalb des Gehäuses 5 durch die beiden Flanschen 11 und 12 und durch das dünnwandige Rohr 13 eine allseits geschlossene, im Querschnitt ringförmige Kammer gebildet, innerhalb welcher der Stator mit seinen Wicklungen eingeschlossen ist. Das Stromzuleitungskabel 14 des Stators kann in einfacher Weise an irgendeiner Stelle des Gehäuses vollkommen dicht durchgeführt werden. Die Endstücke 8 und 9 des Motorgehäuses können mit Durchbrechungen 15 bzw. 16 versehen sein, durch die Wasser von außen in den Raum des Rotors eindringen kann. Diese Durchbrechungen 15 und 16 können auch Filter enthalten oder auch ganz entfallen.

Im Sinne der Erfindung werden die Hohlräume innerhalb der Statorkammer ganz oder teilweise mit festen Stoffen erfüllt, wobei nur solche feste Substanzen in Betracht kommen, die auch bei den höchsten im Betrieb zu erwartenden Motortemperaturen starr bleiben. Es können beispielsweise feste Füllstoffe verwendet werden, die bei gewöhnlicher oder höherer Temperatur flüssig sind, bei gewöhnlichem oder geändertem Druck in die Statorkammer eingefüllt werden und sodann in die feste Form übergehen oder übergeführt werden; sobald sie aber den festen Aggregatzustand angenommen haben, sollen sie denselben zumindest bei jenen Temperaturen, die im Betrieb maximal auftreten können, beibehalten. Solche festen Füllstoffe sind z. B. künstliche harzartige Stoffe, Silikate, Sulfate u. dgl. m.

Die Statorkammer kann restlos mit dem festen Füllmittel gefüllt werden. Es können aber auch pulverförmige oder körnige Füllkörper als Füllmittel verwendet werden, zwischen denen dann gewisse Hohlräume noch weiter bestehen werden. Diese Zwischenräume können ihrerseits wieder in verschiedener Weise ausgefüllt werden, und zwar entweder durch einen gasförmigen oder durch einen flüssigen oder durch einen festen Stoff, wobei als fester Stoff auch ein solcher in Betracht kommt, der im flüssigen Zustande eingebracht, wird.

Die festen Füllstoffe der Statorkammer müssen nicht unbedingt elektrisch isolierend

sein, weil ja die Windungen der Ständerwicklung ohnedies für sich isoliert sind. Vorteilhaft aber ist es, wenn die Füllstoffe möglichst gute Wärmeleiter sind, damit die in der Ständerkammer beim Betrieb auftretende Wärme möglichst rasch nach außen abgeführt wird. Da ausgesprochen gute Wärmeleiter in der Regel auch gute Leiter der Elektrizität sind, so würde bei X^erwendung ausgesprochen

ίο guter Wärmeleiter als Füllstoffe die Gefahr bestehen, daß unzulässig starke Wirbelströme in den Füllstoffen entstehen, und es ist daher vorteilhaft, als Füllstoffe solche Materialien zu wählen, die bei möglichst hoher Wärmeleitfähigkeit eine möglichst geringe elektrische Leitfähigkeit aufweisen. Dieser Bedingung entsprechen beispielsweise gewisse Widerstandsmetalle oder -legierungen.

Man kann auch der Ausbildung von Wirbelströmen dadurch begegnen, daß man die gut leitenden, körnigen oder kugeligen Füllstoffe mit einer dünnen, isolierenden Schicht überzieht, z. B. durch Emaillieren, Lackieren o. dgl.

Werden die Hohlräume der Statorkammer mit einem festen Füllstoff restlos ausgefüllt, so wird das dünne Trennungsrohr gegenüber dem hydrostatischen Druck der äußeren Flüssigkeit abgestützt, indem dieses feste Füllmittel den hydrostatischen Druck übernimmt und ihn auf die äußere Statorwandung überträgt. Da weiter die Wärmedehnung gewisser fester Füllmittel so gering ist, daß sie vernachlässigt werden kann, so ist die dadurch verursachte Deformation des dünnen Trennungsrohres vom Innern der Statorkammer her so gering, daß sie vernachlässigt werden kann, und ein solcher Motor kann sowohl bei geringen als auch bei großen Eintauchtiefen unter einer Flüssigkeit arbeiten, ohne daß Störungen zu befürchten sind.

Wird eine körnige oder pulverförmige Füllung für die Hohlräume der Statorkammer benutzt, so daß ein zweiter Füllstoff die Zwischenräume zwischen der körnigen oder pulverförmigen Substanz ausfüllt, so ist zu beachten, daß, wenn der Motor nur in einer geringen Tiefe innerhalb einer Flüssigkeit arbeiten soll, auch der auf das dünne Trennungsrohr wirkende hydrostatische Druck verhältnismäßig niedrig sein wird, so daß das Trennungsrohr in diesem Falle ohne weiteres imstande ist, diesen Druck aufzunehmen. Werden die Zwischenräume zwischen den festen Füllkörpern durch ein gasförmiges oder flüssiges Füllmittel ausgefüllt, so muß man schon mit größeren Volumenänderungen im Innern der Statorkammer rechnen, die von der Ausdehnung dieser flüssigen oder gasförmigen Füllstoffe infolge der Erwärmung beim Betrieb herrühren. Solange der im Innern der Statorkammer hierdurch entstehende Druck nicht größer ist als der von der anderen Seite auf das dünnwandige Trennungsrohr wirkende hydrostatische Druck der umgebenden Flüssigkeit, wird keine Gefahr bestehen, daß das Trennungsrohr ungünstig beansprucht werden würde. Dabei ist auch zu beachten, daß das dünne Trennungsrohr aus mechanischen Gründen gegen Druck- beanspruchungen von dem Raum her, in welchem der Rotor gelagert ist, weniger empfindlich ist als gegen Druckbeanspruchungen, die aus dem Innern der Statorkammer herrühren, was bei einem äußerst dünnwandigen Rohr, wie es hier verwendet werden soll, besonders in Erscheinung tritt.

Um nun ein schädliches Anwachsen des Druckes in der Statorkammer zu verhindern, können Einrichtungen vorgesehen werden, durch welche eine selbsttätige Regelung des Druckes innerhalb der Statorkammer und eine Ausgleichung der Drücke zu beiden Seiten der Wandung des dünnen Trennungsrohres gewährleistet wird.

Bei der Ausführungsform nach Abb. 1 ist beispielsweise an die Statorkammer in bekannter Weise eine Membrandose 17 angeschlossen, deren sehr dehnbarer Hohlraum mit der Statorkammer kommuniziert und die go außen von der Flüssigkeit umgeben ist, in welcher der Motor eingetaucht ist. Diese Dose 17 steht also einerseits unter dem Einfluß des Druckes im Innern der Statorkammer und andererseits unter dem Einfluß des äußeren hydrostatischen Druckes. Auf diese Weise kann erreicht werden, daß jeweils eine vollkommene Ausgleichung der beiden Drücke stattfindet, so daß sich keine Veranlassung zu einer Deformation des Spaltrohres ergibt. Selbstverständlich können derartige Druckausgleichsvorrichtungen auch anders beschaffen sein.

Ist der Motor nur für verhältnismäßig geringe Tauchtiefen bestimmt, so kann der dünnwandige Trennungszylinder den Druck der äußeren Flüssigkeit ohne jede weitere Abstützung selbst aufnehmen. In solchen Fällen kann es auch genügen, an die Statorkammer gasgefüllte Ausdehnungsgefäße anzuschließen, no deren Wandungen nicht so nachgiebig wie die eben beschriebene Dose 17 sind, oder die auch ganz starrwandig sein können, und die nur den Zweck haben, den zwischen der körnigen Füllung in der Statorkammer enthaltenen flüssigen oder gasförmigen Füllmitteln einen größeren Raum zur Verfügung zu stellen, so daß der Druck im Innern der Statorkammer nicht unzulässig hoch ansteigen kann. Insbesondere bei Verwendung von flüssigen Stoffen als Füllmittel der Zwischenräume können solche gasgefüllte Ausdehnungsgefäße

mit nachgiebigen oder starren Wandungen auf einfache Weise eine Druckausgleichung ermöglichen.

Solche Ausdehnungskammern können entweder innerhalb oder außerhalb des Motorgehäuses angeordnet werden, oder es kann eine Vergrößerung des Motorgehäuses selbst diesen Zweck erfüllen.

Man kann an die Statorkammer auch ein ίο bis über die Oberfläche der äußeren Flüssigkeit hinaufragendes offenes Rohr anschließen, in welchem die sich infolge der Erwärmung dehnenden Zwischenfüllstoffe mehr oder minder hoch aufsteigen können, wodurch verhindert wird, daß der Druck in der Statorkammer den hydrostatischen Druck der äußeren Flüssigkeit überwiegt. In ein solches aufwärts ragendes Rohr können auch eine oder mehrere Erweiterungen eingeschaltet werden. Sind die Zwischenräume zwischen der körnigen oder pulverförmigen Füllung der Statorkammer mit einem gasförmigen Mittel ausgefüllt, so kann man in der Statorkammer einen Unterdruck erzeugen, nämlich einen as Druck, der, zumindest solange in der Statorkammer normale Temperatur herrscht, kleiner ist als der hydrostatische Druck der äußeren Flüssigkeit oder auch kleiner als der äußere Atmosphärendruck. Dabei können die Verhältnisse so gewählt werden, daß, wenn dann beim Betrieb infolge der Erwärmung eine Drucksteigerung eintritt, der dabei entstehende Druck den hydrostatischen Druck der äußeren Flüssigkeit entweder gar nicht oder nicht in unzulässiger Weise überschreitet.

Die Anwendung eines solchen Unterdruckes kann auch mit der Anwendung von gasgefüllten Ausdehnungskammern, wie sie oben beschrieben worden sind, kombiniert werden, was eine sehr kleine Dimensionierung dieser Ausdehnungskammern ermöglicht. Bei Wahl eines entsprechend großen Unterdruckes sind solche Ausdehnungskammern selbstverständ-Hch entbehrlich. Ein solcher Unterdruck im Innern der Statorkammer hat auch zur Folge, daß die Wandung des dünnen Trennungsrohres ständig fest an die sie stützenden Statorbleche angedrückt wird. Ist der Motor für größere Tauchtiefen bestimmt, so kann der hydrostatische Druck der ihn umgebenden Flüssigkeit so groß werden, daß das dünnwandige Trennungsrohr ohne Gegenbelastung vom Innern der Statorkammer her diesem hydrostatischen Druck nicht mehr standhalten könnte. In diesem Falle wird dafür zu sorgen sein, daß eine möglichst vollkommene Druckausgleichung zu beiden Seiten der Wandung des Trennungsrohres erreicht wird, wobei auch die Veränderlichkeit des Druckes im Innern der Statorkammer infolge der beim Betrieb auftretenden· Wärmedehnungen zu berücksichtigen ist. Zu einer solchen Druckausgleichung eignet sich beispielsweise die schon beschriebene bekannte Ausgleichdose 17 gemäß Abb. 1 infolge ihrer großen Dehnbarkeit in besonderer Weise.

Der erfindungsgemäß eingerichtete Motor, der, wie bereits erwähnt, zum direkten Antrieb von in Wasser, in Rohöl (Bohrlöchern) o. dgl. eintauchenden Pumpen verwendet werden kann, kann sowohl mit lotrechter als auch mit waagerechter Welle angeordnet werden. Er kann auch, ohne daß Störungen befürchtet werden müssen, in Gasatmosphären arbeiten, die sonst für die Wicklungen schädlich wären.

Claims

Patentansprüche:

ι. Anordnung zur Verhütung des Ausbeulens der den Ständer- vom Läuferraum trennenden, im Luftspalt liegenden rohrförmigen Wand von unter Wasser oder unter anderen Flüssigkeiten arbeitenden Elektromotoren, bei denen der Ständerraum ein festes Füllmittel enthält, dadurch gekennzeichnet, daß das Füllmittel selbst bei den höchsten im Betrieb zu erwartenden Motortemperaturen starr bleibt.
2. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das feste Füllmittel ein Stoff von möglichst großer Wärmeleitfähigkeit bei möglichst geringer elektrischer Leitfähigkeit ist.
3. Anordnung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß als festes Füllmittel Stoffe, wie z. B. künstliche Harze, Silikate, Sulfate o. dgl., verwendet werden, die bei gewöhnlicher oder höherer Temperatur flüssig sind und bei gewöhnlichem oder geändertem Druck in die Statorkammer eingefüllt werden können, sodann bei gewöhnlicher oder höherer Temperatur fest werden und auch mindestens bei jener Temperatur starr bleiben, die durch die Betriebswärme des Motors höchstens zustande kommt.
4. Anordnung nach Anspruch 1,2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Hohlräume der Statorkammer mit einem pulverförmigen oder körnigen, isolierenden oder nichtisolierenden Material und die zwischen diesen Füllkörpern vorhandenen Zwischenräume mit einem gasförmigen, flüssigen oder festen Stoff ausgefüllt werden.
5. Anordnung nach Anspruch 1 bzw. 2 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß als fester Füllstoff ein elektrischer Leiter oder Halbleiter (beispielsweise Wider- standsmetalle oder Widerstandslegierun~

gen) in pulverförmigem oder körnigem Zustand verwendet wird, der bei möglichst geringer elektrischer Leitfähigkeit eine möglichst große Wärmeleitfähigkeit besitzt.
6. Anordnung nach Anspruch ι bzw. 2 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß als fester Füllstoff ein guter Wärmeleiter in pulveriger, körniger oder kugeliger Form

ίο verwendet wird, der zur Verminderung der Wirbelströme mit einer dünnen, isolierenden Schicht überzogen ist.
7. Anordnung nach Anspruch i, 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Statorkammer restlos mit einem festen Füllmittel gefüllt ist, welches einerseits den dünnwandigen Trennungszylinder, der im Spalt zwischen Stator und Rotor liegt, gegen den Druck der äußeren Flüssigkeit

ao abstützt und andererseits eine vernachlässigbare geringe eigene Wärmedehnung aufweist.
8. Anordnung nach Anspruch 4, insbesondere für geringe Tauchtiefen, dadurch gekennzeichnet, daß in der Statorkammer ein Druck besteht, der auch bei der größten zu erwartenden Erwärmung der Füllmittel den Druck der äußeren Flüssigkeit nur um ein so geringes Maß übersteigt, daß keine Gefahr besteht, daß das dünnwandige Blechrohr eingedrückt wird.
9. Anordnung nach Anspruch 4, insbesondere für geringe Tauchtiefen, dadurch gekennzeichnet, daß in der Statorkammer ein Druck besteht, der auch bei der größten im Betrieb auftretenden Erwärmung der Füllmittel stets niedriger ist als der äußere Flüssigkeitsdruck, wodurch das dünnwandige Trennungsrohr ständig vom Rotor abgedrängt wird.
10. Anordnung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß an die Statorkammer eine oder mehrere entsprechend große, geschlossene, mit Luft oder einem anderen gasförmigen Füllmittel gefüllte, mit starren oder nachgiebigen Wandungen versehene Ausdehnungskammern, etwa Membrandosen, angeschlossen sind, die auch als einfache Vergrößerung des Motorgehäuses selbst ausgebildet sein können.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen