DE69501149T2 - Schmierungsanlage für ein elektrisches Gerät gelagert mit Gleitlager - Google Patents

Schmierungsanlage für ein elektrisches Gerät gelagert mit Gleitlager

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Description

  • Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein Schmier- System für ein durch Gleitlager gelagertes elektrisches Gerät. Die Erfindung bezieht sich konkreter auf ein elektrisches Gerät mit einem Ende N, an dem sich ein Lüfter befindet, und einem Ende D, an dem sich eine Welle befindet, und einem Rotor, von dem ein Ende durch ein erstes Gleitlager am Ende N gelagert ist und das gegenüberliegende Ende durch ein zweites Gleitlager am Ende D gelagert ist, wobei das Ende N mit einem ersten Lagergehäuse mit einem Ölsumpf für das erste Gleitlager versehen ist und das Ende D mit einem zweiten Lagergehäuse mit einem Ölsumpf für das zweite Gleitlager versehen ist.
  • Elektrische Geräte des beschriebenen Typs sind im wesentlichen bekannt. Wenn die Umdrehungsgeschwindigkeit oder Umgebungstemperatur zunimmt, kann die Erwärmung der elektrischen Geräte Probleme verursachen. Die Temperaturen der Gleitlager können während des Betriebs der Lager zu hoch ansteigen, für die Grenzen hinsichtlich der höchsten Betriebstemperaturen der Lager festgelegt sind. Das Erhitzen der Lager ergibt sich aus einer Übertragung der vom Rotor stammenden Wärme auf die Lager und aus der Lagerreibung. Selbst wenn jedes Lager einen Ölabstreifring aufweist, ist der letztgenannte nicht ausreichend imstande, kälteres Öl vom unteren Teil des Ölsumpfes zur Lagerfläche zu fördem, um die Lager wirksam zu kühlen. In einem elektrischen Gerät mit Rippenkühlung wird das Problem durch die Kühlluft weiter verschlimmert, die vom Ende N zwischen den Rippen zum Ende D und an dem am Ende D gelegenen Lager vorbei strömt. Das Ende N verlassende Kühlluft wird somit durch die Kühlrippen erwärmt, während sie zum Ende D weiterströmt, und somit verschlechtert sich F;0 die Kühlkapazität der Kühlluft wesentlich, bevor sie das Lager am Ende D erreicht. Aus den oben erwähnten Gründen ist der Unterschied in der Temperatur zwischen den Lageranordnungen des Endes D und des Endes N groß.
  • Experimente haben beispielsweise gezeigt, daß für einen Käfigläufermotor mit Rippenkühlung mit 60 Hz, zwei Polen, 300 kW und einer Umdrehungsgeschwindigkeit von 3.577 Umdrehungen pro Minute die höchste Temperatur im Lager am Ende D 78,5ºC betrug, wenn er bei einer Umgebungstemperatur von 23,5ºC arbeitete. Das Ende D wurde somit 55ºC über die Umgebungstemperatur erwärmt.
  • Die für den Motor spezifizierte maximale Erwärmung war 50ºC, und dieser Wert wurde somit überschritten. Das Ende N wurde entsprechend um 39,4ºC erwärmt. Die Differenz zwischen der Lagertemperatur am Ende D und am Ende N betrug 15,6ºC.
  • Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, ein Schmiersystem für ein durch Gleitlager gelagertes elektrisches Gerät zu schaffen, welches Schmiersystem die Gleitlager des elektrischen Geräts wirksamer als bisher kühlt, als dessen Folge das elektrische Gerät bei höheren Temperaturen als bisher betrieben werden kann und/oder die Umdrehungsgeschwindigkeit erhöht werden kann, ohne die Lager zu überhitzen.
  • Um diese Aufgabe mit einem freien Umlauf des Öls auszuführen, wird ein elektrisches Gerät nach dem folgenden Anspruch 1 geschaffen.
  • Bevorzugte Ausführungsformen der Version mit freiem Umlauf sind in den beigefügten Ansprüchen 2-4 offenbart.
  • Um die Aufgabe der vorliegenden Erfindung mit einem zwangsumlauf des Öls auszuführen, wird ein elektrisches Gerät nach dem folgenden Anspruch 5 geschaffen.
  • Bevorzugte Ausführungsformen der Version mit Zwangsumlauf sind in den beigefügten Ansprüchen 6-9 offenbart.
  • Der Ölumlauf kann folglich mit entweder einem freien Umlauf oder Zwangsumlauf innerhalb des Umfangs der Erfindung ausgeführt werden. Die Erfindung stützt sich auf den Gedanken, Öl zwischen den Lagergehäusen so zu befördern, daß relativ heißes Öl zu einem relativ kaltes Öl enthaltenden Bereich befördert wird und relativ kaltes Öl zu einem relativ heißes Öl enthaltenden Bereich befördert wird, wodurch die Unterschiede in der Temperatur des Öls in verschiedenen Teilen des Schmiersystems ausgeglichen werden, was ein wirksames Kühlen in den kritischen Teilen des Geräts zur Folge hat, die im allgemeinen nicht wirksam gekühlt werden. Der größte Vorteil des elektrischen Geräts gemäß der Erfindung besteht darin, daß der Erwärmungseffekt der Gleitlager am Ende D verringert werden kann, als dessen Folge die Umdrehungsgeschwindigkeit des elektrischen Geräts erhöht werden kann und/oder das elektrische Gerät bei höheren Umgebungstemperaturen als bisher betrieben werden kann. Ein weiterer Vorteil der Erfindung ist, daß sie für bestehende elektrische Geräte verwendet werden kann, indem daran geringfügige Abwandlungen vorgenommen werden.
  • Im folgenden wird die Erfindung durch zwei bevorzugte Ausführungsformen mit Verweis auf die beiliegende Zeichnung ausführlicher beschrieben, in der:
  • Figur 1 eine Ausführungsform der Erfindung zeigt, in der ein 3 freier Umlauf des Schmiermittels verwendet wird;
  • Figur 2 das elektrische Gerät von Figur 1 von einem Ende aus gesehen zeigt; und
  • Figur 3 eine zweite Ausführungsform der Erfindung zeigt, in der ein Zwangsumlauf des Schmiermittels verwendet wird.
  • Der in Figur 1 gezeigte elektrische Motor weist einen verrippten Rahmen 1 auf, in dem sich ein durch ein erstes Gleitlager 2 am Ende N oder 3 des Motors und durch ein zweites Gleitlager 4 am Ende D oder 5 des Motors gelagerter Rotor befindet. Am Ende N ist ein Lüfter 6 vorgesehen, um Kühlluft zum Ende D zu FD blasen. Ein Gehäuse 7 des Lüfters ist durch eine gestrichelte Linie angedeutet. Am Ende D ist eine Rotorwelle 8 vorgesehen.
  • Die Drehrichtung des Rotors ist derart, daß sich die Welle vom Ende der Welle 8 aus gesehen im Uhrzeigersinn dreht.
  • Das am Ende N vorgesehene erste Lager 2 befindet sich innerhalb eines Lagerqehäuses 9. Entsprechend befindet sich das zweite Lager 4 innerhalb eines Lagergehäuses 10. Die Lagergehäuse 9, 10 umschließen jeweils einen Ölsumpf, wobei das in den Ölsümpfen enthaltene Öl die Lager 2, 4 schmiert und kühlt. Die Lager 2, 4 sind von einer solchen Art, daß sie jeweils einen Ölabstreifring aufweisen, der Öl in den Raum zwischen dem Lager und der Rotorwelle zuführt. In Figur 2 sind ein Ölabstreifring 13 und ebenso der Pegel 14 des Öls im Ölsumpf durch gestrichelte Linien angedeutet. Das Gehäuse 7 ist mit einem (in der Figur nicht dargestellten) Überwachungsfenster versehen, durch das der Ölpegel des Ölsumpfes beobachtet werden kann.
  • Während sich der elektrische Motor dreht, erwärmt sich das Ende D, das vom Lüfter 6 am weitesten weg liegt, mehr als das Ende N. Das nahe dem Ölpegel 14 des Ölsumpfes des Lagers 4 und nahe der Welle 8 befindliche Öl erwärmt sich am meisten. Das in der Nähe des Bodens des Lagergehäuses 10 befindliche Öl erwärmt sich merklich weniger. Entsprechend erwärmt sich am Ende N das nahe dem Ölpegel des Ölsumpfes des Lagers 2 und nahe der Rotorwelle befindliche Öl mehr als das in der Nähe des Bodens des Lagergehäuses 9 befindliche Öl. Um die Temperatur des Öls am Ende D und die Unterschiede in der Temperatur zu verringern, weist der elektrische Motor ein erstes Ölrohr 11 und ein zweites Ölrohr 12 auf, von denen jedes Rohr die Ölsümpfe der Lagergehäuse 9, 10 miteinander verbindet. Die Ölrohre 11, 12 sind so angeordnet, daß als Folge der Unterschiede in der Temperatur des Öls ein freier Ölumlauf zwischen den Lagergehäusen erhalten wird. Die Mündung des Ölrohrs 11 am Ende D ist in der Nähe der Öloberfläche des Ölsumpfes des Endes D nahe dem unteren Teil der Felge des Ölabstreifrings (Teil 13 in Figur 2) des Lagers 4 angeordnet, und die Mündung des Ölrohrs 11 am Ende N ist in der Nähe 2 des Bodens des Ölsumpfes des Endes N angeordnet. Die Mündungen sind zumindest teilweise in Öl eingetaucht. Das in der Nähe der Öloberfläche des Endes D befindliche relativ heiße Öl kann somit frei in Richtung des Pfeils in die Nähe des Bodens des Ölsumpfes des Endes N strömen, worin sich relativ kaltes Öl befindet, das sich als Folge des Ölstroms erwärmt. Die Mündung des Ölrohrs 12 am Ende N ist entsprechend in der Nähe der Öloberfläche des Ölsumpfes des Endes N nahe dem unteren Teil der Felge des Ölabstreifrings des Lagers 2 angeordnet, und die Mündung des Ölrohrs am Ende D ist in der Nähe des Bodens des Ölsumpfes des Endes D angeordnet, wodurch das in der Nähe der Öloberfläche des Ölsumpfes des Endes N befindliche relativ heiße Öl frei durch das Rohr 12 in Richtung des Pfeils in die Nähe des Bodens des Ölsumpfes des Endes D strömen kann, worin sich relativ kaltes Öl befindet, das sich als Folge des Ölstroms erwärmt. In den Rohren 11 und 12 strömt Öl gleichzeitig, und in beiden Lagerräumen der Lagergehäuse 9, 10 bewegt sich das relativ kalte Öl nach oben, um ein entsprechendes Lager 2, 4 zu kühlen. Das beschriebene Schmiersystem gleicht die Unterschiede in der Temperatur des Endes D und des Endes N aus.
  • Aus Figur 2 ist ersichtlich, daß am Ende D des elektrischen Motors die Mündung des zweiten Rohrs 12 kleiner als die Mündung des ersten Rohrs 11 ist, d.h. die nahe dem Boden des Ölsumpfes gelegene Mündung ist kleiner als die nahe dem Ölpegel 14 des Öl- Sumpfes gelegene Mündung. Die Mündung des ersten Rohrs 11 am Ende N des elektrischen Motors ist entsprechend kleiner als die Mündung des zweiten Rohrs. Die Rohre 11, 12 könnten weiter weg von den Mündungen, die an den unteren Teilen der Lagergehäuse 9, 10 angeordnet sind, im Durchmesser verengt sein.
  • Im Fall des am Anfang des Textes erwähnten Käf igläufermotors war es möglich, im Aufbau von Figur 1 die Temperatur des Endes D von einer Temperatur von 78,5ºC auf eine Temperatur von 63,2ºC zu verringern, wobei so die Erwärmung des Endes D nur 39,7ºC betrug. Der Unterschied in der Temperatur zwischen dem Ende D und dem Ende N betrug nur 4ºC.
  • Falls die Drehrichtung des Rotors zu der für die Ausführungsform der Figuren 1 und 2 beschriebenen entgegengesetzt ist, wären die Ölrohre 11, 12 mit ihren Mündungen auf der gegenüberliegenden Seite des Motorrahmens angeordnet. Man hat festgestellt, daß das Lager 4 des Endes D wirksamer gekühlt werden kann, wenn die Mündungen der Ölrohre, besonders die in jedem Lagergehäuse 9, 10 oben gelegenen Mündungen, in der erwähnten Weise in bezug auf die Drehrichtung des Rotors angeordnet sind.
  • Figur 3, in der für entsprechende Komponenten Bezugszahlen verwendet werden, die den in Figur 1 verwendeten entsprechen, zeigt eine Ausführungsform, in der der Ölstrom zwischen den Ölsümpfen der Lagergehäuse 9', 10' durch eine Pumpe 15' in einer Zwangsform ausgeführt wird. Die Pumpe 15' ist mit einem ersten Rohr 11' in Reihe angebracht. Wenn das Schmiersystem in Betrieb ist, führt die Mündung des Rohrs 11' am Ende D oder 5' von der am Ende N oder 3' gelegenen Mündung des Rohrs ankommendes relativ kaltes Öl durch die Pumpe 15' einem Lager 4' zu, wobei die Mündung am Ende N wesentlich niedriger als die Öloberfläche des Ölsumpfes des Endes N liegt. Das Öl wird in den Bereich des Ölabstreifrings des Lagers 4' zugeführt. Der Ölabstreifring ist 2.3 von der gleichen Art wie in Figur 2. Die Zufuhr kann durch Anordnen der Mündung des Rohrs 11' am Ende D nahe dem Ölabstreifring ausgeführt werden, aber alternativ dazu und bevorzugt liegt die Mündung erheblich höher im Ölsumpf des Ölrahmens 10', z.B. ganz oberhalb des Ölabstreifrings, weil so das Kühlen sehr wirksam durchgeführt wird. Es wird empfohlen, daß die Mündung des Rohrs 11' am Ende N nahe dem Boden des Ölsumpfes des Ölrahmens 9' liegt, wo das Öl am kältesten ist. Ein Ölrohr 12' verbindet ebenfalls die Ölsümpfe des Endes N und des Endes D miteinander. Die Mündung des Ölrohrs 12' am Ende D oder 5' ist beim oder unterhalb des Ölpegels des Ölsumpfes des Ölrahmens 10' nahe dem unteren Teil der Felge des Ölabstreifrings angeordnet. Die Mündung des Ölrohrs 12' am Ende N ist nahe dem unteren Teil der Felge des Ölabstreifrings des Ölsumpfes des Ölrahmens 9' angeordnet. Durch das Ölrohr 12' kann das Öl vom Ende D frei zum Ende N strömen, wie durch die Pfeile angezeigt ist, wobei so die Ölpegel der Ölrahmen 10' und 9' ebenfalls gleich bleiben. Der Durchmesser des Ölrohrs 12' ist erheblich größer als der des Ölrohrs 11'.
  • Wenn die Drehrichtung des Rotors vom Ende der Welle 8' aus 3 gesehen im Gegenuhrzeigersinn war, war es im Fall des am Anfang des Textes erwähnten Käfigläufermotors möglich, die Temperatur des Endes D von einer Temperatur von 78,5ºC auf eine Temperatur von 53,7º zu verringern, wobei somit die Erwärmung des Endes D nur 30,2ºC betrug. Der Unterschied in der Temperatur zwischen dem Ende N und dem Ende D betrug 5,3ºC, wobei folglich das Ende D kälter war. Diese Werte wurden erhalten, wenn der Ölstrom in den Rohren etwa 0,9 1/Min. betrug. Falls die Drehrichtung des Rotors vom Ende der Welle 8' aus gesehen im Uhrzeigersinn war, liegen die Ölrohre 11', 12' oder vielmehr deren Mündungen auf der gegenüberliegenden Seite des Motorrahmens. Dies ist besonders im Hinblick auf die Mündungen des Ölrohrs 12' vorzuziehen.
  • Die Erfindung ist oben mittels nur zweier bevorzugter Ausführungsformen beschrieben worden, und es wird daher besonders erwähnt, daß die Einzelheiten der Erfindung auf verschiedene Weisen innerhalb des Umfangs der beigefügten Ansprüche ausgeführt werden können. Demgemäß ist es nicht notwendig, daß das elektrische Gerät ein verrippter Käfigläufermotor ist, der an einem Ende mit einem Lüfter ausgestattet ist, sondern die Erfindung kann für elektrische Geräte verschiedener Typen verwendet werden, worin die Aufgabe darin besteht, die Probleme in bezug auf die Temperatur der Gleitlageranordnungen durch Aus- oder Angleichen der Temperaturen zwischen den Gleitlagern mittels Durchgänge zu steuern. Die Zahl von Lagergehäusen kann groß sein. Natürlich kann auch die Zahl von Durchgängen variieren, und die Lage ihrer Mündungen in den Lagergehäusen kann verschieden sein. Zusätzlich zu Rohren können Schläuche und praktisch jede beliebige Anordnung, durch die Öl von einem Lagergehäuse in ein anderes geleitet werden kann, als Durchgänge dienen.

Claims (9)

1. Elektrisches Gerät, durch Gleitlager gelagert, mit einem Ende N (3), an dem sich ein Lüfter befindet, und einem Ende D (5), an dem sich eine Welle befindet, und einem Rotor, von dem ein Ende durch ein erstes Gleitlager (2) am Ende N gelagert ist und das gegenüberliegende Ende durch ein zweites Gleitlager (4) am Ende D gelagert ist, wobei das Ende N mit einem ersten Lagergehäuse (9) mit einem Ölsumpf für das erste Gleitlager versehen ist und das Ende D mit einem zweiten Lagergehäuse (10) mit einem Ölsumpf für das zweite Gleitlager versehen ist, gekennzeichnet durch ein Kanalsystem (11, 12), das die Ölsümpfe des Endes N und des Endes D verbindet, um 1% zu ermöglichen, daß das in den Ölsümpfen befindliche Öl zwischen dem Ende N (3) und dem Ende D (5) umläuft, welches Kanalsystem einen ersten Kanal (11) mit einer Mündung am Ende D (5) und einer Mündung am Ende N (3) aufweist, wobei die Mündung am Ende D in der Nähe der Öloberfläche des Ölsumpfes des Endes D angeordnet ist und die Mündung am Ende N zumindest teilweise in einem Bereich unterhalb der Öloberfläche des Ölsumpfes des Endes N angeordnet ist; und einen zweiten Kanal (12) mit einer Mündung am Ende N und einer Mündung am Ende D, wobei die Mündung am Ende N zumindest teilweise in der Nähe der Öloberfläche des Ölsumpfes des Endes N angeordnet ist und die Mündung am Ende D in einem Bereich unterhalb der Öloberfläche des Ölsumpfes des Endes D angeordnet ist, wobei so das Öl frei umläuft.
2. Elektrisches Gerät nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die in der Nähe der Öloberfläche des Ölsumpfes des Endes N (3) gelegene Mündung des zweiten Kanals (12) auf gleicher Höhe mit dem unteren Teil der Rippe eines Ölabstreifrings des ersten Gleitlagers (2) angeordnet ist und daß die in der Nähe der Öloberfläche des Ölsumpfes des Endes D (5) gelegene Mündung des ersten Kanals (11) auf gleicher Höhe mit dem unteren Teil der Rippe eines Ölabstreifrings (13) des zweiten Gleitlagers (4) angeordnet ist.
3. Elektrisches Gerät nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß sich die Mündung des ersten Kanals (11) am Ende N (3) in der Nähe des Bodens des Ölsumpfes des Endes N befindet und sich die Mündung des zweiten Kanals (12) am Ende D (5) in der Nähe des Bodens des Ölsumpfes des Endes D befindet.
4. Elektrisches Gerät nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Durchmesser der Mündung des ersten Kanals (11) am Ende N (3) kleiner als der Durchmesser der Mündung des zweiten Kanals (12) am Ende N (3) ist und daß der Durchmesser der Mündung des zweiten Kanals (12) am Ende D (5) kleiner als der Durchmesser des ersten Kanals am Ende D ist.
5. Elektrisches Gerät, durch Gleitlager gelagert, mit einem Ende N (3'), an dem sich ein Lüfter befindet, und einem Ende D (5'), an dem sich eine Welle befindet, und einem Rotor, von dem ein Ende durch ein erstes Gleitlager (2') am Ende N gelagert ist und das gegenüberliegende Ende durch ein zweites Gleitlager (4') am Ende D gelagert ist, wobei das Ende N mit einem ersten Lagergehäuse (9) mit einem Ölsumpf für das erste Gleitlager versehen ist und das Ende D mit einem zweiten Lagergehäuse (10) mit einem Ölsumpf für das zweite Gleitlager versehen ist, gekennzeichnet durch ein Kanalsystem (11', 12'), das die Ölsümpfe des Endes N und des Endes D verbindet, um zu ermöglichen, daß das in den Ölsümpfen befindliche Öl zwischen dem Ende N (3') und dem Ende D (5') umläuft, wobei eine Pumpe vorgesehen ist, um Öl im Kanalsystem umlaufen zu lassen, welches Kanalsystem einen ersten Kanal (11') mit einer Mündung am Ende D (5') und einer Mündung am Ende N (3') aufweist, der so angeordnet ist, das er vom Ende N ankommendes Öl in die Nähe der Öloberfläche des Ölsumpfes des Endes D zuführt, und wobei die Mündung am Ende N in einem Bereich unterhalb der Öloberfläche des Ölsumpfes des Endes N angeordnet ist; und einen zweiten Kanal (12') mit einer Mündung am Ende N und einer Mündung am Ende D, wobei die Mündung am Ende N angeordnet ist, um vom Ende D ankommendes Öl in die Nähe der Öloberfläche des Ölsumpfes des Endes N zuzuführen, und die Mündung am Ende D in der Nähe der Öloberfläche des Ölsumpfes des Endes D angeordnet ist.
6. Elektrisches Gerät nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß sich die Mündung des ersten Kanals (11') am Ende N (3') in der Nähe des Bodens des Ölsumpfes des Endes N befindet und daß sich die Mündung des zweiten Kanals (12') am Ende D (5') unter der Mündung des ersten Kanals am Ende D befindet.
7. Elektrisches Gerät nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Mündung des zweiten Kanals (12') am Ende N (3') angeordnet ist, um Öl zum unteren Teil der Rippe eines Ölabstreifrings des am Ende N gelegenen ersten Gleitlagers (2') zuzuführen, und daß die Mündung des ersten Kanals (11') am Ende D (5') angeordnet ist, um Öl oberhalb des Ölpegels des Ölsumpfes (9') des Endes D zum unteren Teil der Rippe eines Ölabstreifrings des zweiten Gleitlagers (4') zuzuführen.
8. Elektrisches Gerät nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Pumpe (15') am ersten Kanal (11') angeordnet ist.
9. Elektrisches Gerät nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Durchmesser des ersten Kanals (11') kleiner als der Durchmesser des zweiten Kanals (12') ist.
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