DE740375C - Anordnung zur Kuehlung elektrischer Maschinen - Google Patents

Description

• Anordnung zur Kühlung elektrischer Maschinen Es :sind Kühlungsanordnungen für elektrische Maschinen bekanntgeworden, bei denen die Wärme, aus: dem. Läufer durch Wärmeleitbrücken in Gestalt umlaufender Preßflanschen oder durch die Käfigringe selbst auf Innenansätze der Lagerschilde. - übertragen wird, wozu diese Teile einander in geringem Abstand gegenüberstehen.. Hierbei wirken aber ziemlich. geordnete laminare Strömungen, -welche daher nur eine verhältnismäßig kleine Wärmeübergangszahl zur Folge haben. Man hat daher :auch vorgeschlagen,. die Wärmeübertragung noch. durch -Gleitstücke zu verbessern, was aber eine genaue; teure Ausführung erfordert.
• Bei elektrischen Maschinen würde bekannt-. ]ich auch schon die Läuferaußenfläche mit Nuten oder Riffeln. versehen, damit .die wirksaure Oberfläche vergrößert und durch. eine gewisse Wirbelung die Wärmeabgabe an eine durchgeblasene Luftströmung verbessert wird: Dabei ergibt sich aber lediglich ein verstärkter Wärmeübergang an. den durchgeblasenen Luftstrom, für welchen in der Maschine ein entsprechender Raum und Borkeln-ungen zu seiner Erzeugung und Ableitung vorgesehen :sein müssen.
• Nach der Erfindung wird bezweckt, den für Umlaufströmungen innerhalb des Motors benötigten Hohlraum und die .damit verbundenen Vergrößerungen der Abmessungen .der Maschine zu vermeiden. Es, wird von der Erkenntnis. ausgegangen, daß die- Bremswirkung in Wasserbremsen; deren Gehäuse und Läufer einander gegenüberstehende Schaufeln haben, durch heftige Wirbelung der Strömung bekanntermaßen auf über dein Ioofachen Wert gegenüber glatten Flächen gesteigert wird und daß mit ,einer solchen Wirbelung eine annähernd gleichlaufende: Verbesserung des Wärmeübergangs durch Aufrollung der Grenzschichten stattfinden kann.
• Erfindungsgemäß «erden daher die in bekannter WvXTeise für einen Wärm,cülrcrgang mit geringem Gefälle unmittelbar einander in geringem gegenseitigem Abstande gegenüberstehenden Flächen - des festen und. umlaufene den Teils elektrischer Maschinen zwecks Bildung vielfacher, starker örtlicher Luft- öder sonstiger Gaswirbel mit einer zur Umlaufbewegung vorzugsweise quergestellten, durch Rippen oder Vorsprünge 'hervorgerufenen Zerklüftung versehen.
• Diese Kühlungsanordnung benötigt daher keine besonderen Kanäle;, Umlenkungen, Schirmbleche oder Lüfter in der Maschine; so daß. der von .dem Gehäuse umschlossene Raum und Baustoffaufwand .sehr. klein wird.
• Besonders vorteilhaft wird die Anordnung bei Motoren, deren Käfig nach Patent 697 146 gleichzeitig als Gehäuse ausgebildet ist, während bisher Außenkäfigmotoren an der Primärwicklung . nur schlecht gekühlt werden konnten. Die für die Zerklüftung der innerem Gehäuseflächen vorgesehenen Rippen u. dgl. sind dabei gleichzeitig mit stromleitend und tragen auch noch zur Festigkeit bei.
• Bei den gebräuchlichen Käfigläufermotoren sind zwar meist an die Stirnringe Lüfterflügel angesetzt, welche innerhalb der Ständerwickelköpfe laufen und Wirbelurigen erzeugen. Diese haben aber nicht die Wirkung nach der Erfindung; weil beide Teile durch Strom etwa gleich stark erhitzten Wicklungen angehören, so daß die Wirbelung zwischen diesen keinen oder nur einen unerwünschten Wärmetransport vom Läufer in die empfindlichere Ständerwicklung bewirken kann. ' Nach der Erfindung wird demgegenüber eine: Wirbeleng der Luft hauptsächlich zwischen den die heißen Wicklungen enthaltenden inneren Maschinenbeilen gegenüber Gehäuseflächen erzeugt, so daß die Wirbeleng die Wärmeübertragung außerordentlich verstärkt und durch Flügel erzeugte Umlaufströmungen nebst dem hierfür notwendigen Aufwand ersetzen kann.
• Diese Wirbelkühlung arbeitet mit der vollen Relativgeschwindigkeit der Flächen, während hei üblichen Eigenbelüftungen nur mit einer Luftgeschwindigkeit von etwa 1/s der am Umfang das Lüfters auftretenden Geschwindigkeit gerechnet werden kann. Bei den Anordnungen: nach der Erfindung werden Wirbelbahnen vorn sehr kleiner Länge und sehr häufigem Umlauf zwischen den wärmeabgebenden und -abführen den Teilen erzielt. Der geringe gegenseitige Abstand dieser Teile ist in Verbfindung mit der Zerklüftung auch für die Verbesserung des Wärmeüberganges durch Ablösung der Grenzschichten günstig, so daß sehr hohe Wärmeübergangszahlen erreicht werden.
• Man erzielt durch die Zerklüftung der inneren Maschinenflächen(Wickelköpfe, Käfigringe, Wirbelräder, Lagerschilde, Gehäuse) einerseits eine starke Wirbelung und andererseits noch eine, Vergrößerung der Wärmeübergangsflächen. Bei völlig geschlossenen Maschinen ist eine sehr feine Aufteilung der inneren Flächen möglich, weil keine Verstaubung stattfindet.
• Dieses Kühlungsprinzip ist auch für die Luftspaltflächen anwendbar, indem man :dort künstliche Rauhigkeiten anbringt, welche jedoch die magnetische Funktion nicht stören sollen. Diese Rauhigkeiten können z. B. durch Rändeln der Läuferoberfläche oder durch eine feine Stanznutzung der Bohrungsfläche des Ständers, gegebenenfalls mit unregelmäßiger Teilung zur Vermeidung magnetischer und akustischer Störungen, erzeugt werden. Man kann auch durch einen mit vielen feinen Falten trocknenden Schrumpflack eine rauhe Oberfläche für den turbulenten Wärmeübergang erhalten.
• Die Wirbelurig wird von einer stark zerklüfteten Wickelkopfoberfläche sehr gefördert, wie sie sieh z. B. durch die bekannt Träufel- oder Korbwicklung ergibt. Man kann auch eine bekannte gut wärmeleitende, die Wickelköpfe umgebende Isoliermasse unter Zuhilfenahme einer Preßform mit vielen feinen Falben ausrüsten oder eine entsprechende bekannte Blechschutzkappe, zweckmäßig aus elektrisch stark oxydiertem Aluminium, mit der zerklüfteten Oberfläche versehen. Im allgemeinen dürfte aber die durch die Korbwicklung gebotene zerklüftete Oberfläche für die Erzielung eines genügenden Turbulenzwärmeüberganges ausreichen. Durch Aufstreuen groben Sandes und Eintrocknen in die Decklackschicht kann die wirksame Kühlfläche vergrößert und gleichzeitig die Luftwirbelung verstärkt werden. Ein Spritzmetallüberzug kann die Wärmeabgabe verteilend verbessern Mund die Sauerstoffeinwirkung auf den Isolierstoff vermindern.
• Zur Vermeidung von Geräuschbildung werden die aneinander vorbeilaufenden Rippenkanten schräg zueinander angeordnet, so daß sich die Schallwellen fortwährend .durch Interferenz auslöschen. Man kann ferner so j feine Teilungen anwenden, daß mögliche Schallwellen über dem Hörbarkeitsbereich liegen.
• Die Abb. i und 2 der Zeichnung stellen die Wirbelkühlung gemäß der Erfindung bei ver- i schiedenen Motorarten _ je irreinem halben Schnitt dar, während Abb.-5 die Nutung im Luftspalt erkennen läßt.
• Abb. i zeigt die Erfindung -bei einem Käfigläufermotor, wobei die verlängerten Käfigringe i innen mit einer konmschen Sitzfläche versehen sind. Darauf sind Ringe 2 aus Leichtmetall befestigt, welche die Ständerwicklung 3 umgreifen und durch beiderseits vielfach verrippte oder unterbrochene Oberflachen beim Lauf des Motors eine starke Wirbelung der Gehäuseluft erzeugen. Die äußere Fläche der Käfigringe i kann ebenfalls gerippt :sein. Die Lagerschilde ¢ sind innen mit vielen Rippen 5 oder auch Stacheln. versehen, welche durch die heftige Luftwirbelung den Wärmeübergang Sehr stark verbessern. In bekannter Weise wird man noch durch Rippen 6 die äußere Wärmeabgabe verbessern. Die Wirbelringe 2 ersetzen also die üblichen Lüfterflügel, wobei: 'keine weiteren Luftkanäle etwa durch eine doppelwandige Gehäuseausbildung erforderlich sind. Einer der beiden Wirbelringe 2 kann an den einen Käfigring i mit angegossen sein-.
• Abb. 2 stellt die Wirbelkühlungsanordnung bei einem Außenkäfigläufermotor dar. Die Lagerschilde 4 bzw. die Stirnringe i. des, in einem Stück gegossenen Käfiggehäuses sind an ihrer Innenfläche durch viele feine Rippen 5 oder .eine andere Unterteilung der Oberflache stark rauh gemacht: Beim Lauf gegen die zerklüfteten Wickelköpfe 3 wird daher eine starke Luftwirbelung erzeugt, welche die Wärme mit geringem Temperaturgefälle auf das Käfiggehäuse bzw. dessen äußere Rippen 6 überträgt. Es ist ersichtlich. daß auf diese Weise durch sehr einfache Maßnahmen eine wirkungsvolle Kühlung erreicht wird,, ohne daß irgendwelche Vergrößerungen des Gehäuses für Kanäle, Lüfter, Ablenkungen usw. für einen Luftstrom erforderlich sind. In entsprechender Weise wie der in dieser Abbildung dargestellte Motor läßt sich ein Drehfeldmotor mit feststehendem Käfiggehäuse ausbilden.
• Abb.3 zeigt einen Blechschnitt mit zur Wirbelung der Luft im Luftspalt dienenden feinen Hilfsnuten B. 9 in Ständer und Läufer.
• Auch kleine Universalmotoren geschlossener Bauart können- auf diese Weise mit einer wirkungsvollen Innenkühlung versehen werden. Die Gehäuse sind auch in diesem Falle eng an die Ankerwickelköpfe heranzuführen und durch :eine entsprechend gravierte Gußform mit den wirbelerzeugenden Vorsprüngen zu versehen.
• Bei dem geringen inneren Temperaturgefälle der Wirbelkühlung kann man in bekannter Weise auf einen Außenlüfter verzichten, besonders bei einem Gehäuse mit durch Rippen vergrößerter Oberfläche. Dabei ist es günstig, daß die Schilde: die Wärme aus den Wirbelköpfen ohne Umwege abführen.
• Zusammenfassend gesagt, wird mit der Wirbelkühlung eine nach allen Teilen der Gehäuseoberfläche gehende; vergleichmäßigte Wärmeabfuhr ohne Umwege bei geringem Wärmegefälle und ohne erheblichen bauliehen Aufwand erzielt. Für den Außenläufermotor ist jedoch die. Wirbelkühlung besonders vorteilhaft.

Claims (6)

1. PATENTANSPRÜCHE: i. Anordnung zur Kühlung elektrischer Maschinen, bei denen die Flächen des festen und umlaufenden Teils der Maschine einander in geringem gegenseitigen Abständen gegenüberstehen, um einen Wärmeübergang mit geringem Gefälle unmittelbar zwischen den gegenüberstehenden Flächen zu ergeben, dadurch gekennzeichnet, daß die genannten Flächen zwecks Bildung vielfacher, starker örtlicher Luft- oder sonstiger Gaswirbel mit einer zur Umlaufbewegung vorzugsweise quergestellten, durch Rippen oder Vor-Sprünge hervorgerufenen Zerklüftung versehen sind.
2. 2. Anordnung nach Anspruch i, dadurch gekennzeichnet, daß die Wickelköpfe (3) mit der an sich bekannten, stark zerklüfteten Korbwicklung ausgeführt sind. .
3. 3. Anordnung nach den vorigen Ansprüchen, dadurch gekennzeichnet, daß die Wickelköpfe (3) mit scharfkantigem, grobem Sand :bestreut sind, welcher in der Decklackschicht festgebacken ist, wobei eine Spritzmetallisierung den Wärmeübergang und das Haften der Körner begünstigen kann.
4. Anordnung nach den vorigen: An-Sprüchen für solche elektrischen Maschinen, deren Wickelköpfe mixt einer gut wärmeleitenden Isoliermasse umgossen .sind; dadurch :gekennzeichnet, daß die Mässe mit einer stark verrippten Oberflache versehen ist.
5. 5. Anordnung nach den vorigen An-,Sprüchen, bei der innerhalb des Luftspaltes der Maschine die Wärmeübertragung durch Wirbel erfolgt, dadurch gekennzeichnet, daß auch die einander gegenüberstehenden Flächen beider Blechpakete mittels Schrumpflackes, Rande-Jung oder einer Hilfsnutung (8, 9) aufgerauht .sind.
6. 6. Anordnung nach den vorigem; An-Sprüchen; besonders für Außenkäfigmotoren, deren Käfigringe mit dem Gehäuse ein Stück bilden, dadurch gekennzeichnet, daß die Käfiggehäuseteile (i) reit den wirbelerzeugenden Rippen (5) oder Vorsprüngen versehen sind und die Wikkelköpfe (3) eng umschließen. Anordnung nach den vorigen Ansprüchen,. dadurch. gekennzeichnet, daßdie. einander gegenüberstehenden Rippen oder Vorsprünge zwecks Geräuschverminderung schräg oder unregelmäßig zueinander verlauf en. B. Anordnung nach den vorigen An-Sprüchen, dadurch gekennzeichnet, daß die einander. gegenüberstehenden Flächen so fein zerklüftet sind, daß die erzeugten Geräusche über dem Hörbarkeitsbereich liegen.