DE7813813U1 - Doppelventilator als integrierter waermetauscher fuer einen elektromotor - Google Patents

Description

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Feiten & Guilleaume Carlswerk AG Köln, den 5.5.79

Schanzenstraße Ko/Wz

5000 Köln 80

Doppelventilator als integrierter Wärmetauscher für einen Elektromotor

Bes ehre ibung:

einen Die Erfindung betrifft einen Ventilator für/Elektromotor gemäß

dem Oberbegriff des Anspruchs 1.

Bei der Umformung elektrischer in mechanische Energie wird ein Teil der zugeführten elektrischen Energie in Wärme umgesetzt, die abgeführt werden muß, um die Temperatur der einzelnen Teile des Motors in den zulässigen Grenzen zu halten.

Die Wärmeabfuhr erfolgt durch Kühlsysteme, deren Leistungsfähigkeit einen entscheidenden Einfluß auf die wirtschaftliche Ausnutzung und damit auch auf die Abmessungen des Motors hat.

Bei oberflächengekühlten Motoren ist das Wärmeabgabevermögen im thermischen Beharrungszustand von inneren und äußeren Wärmewiderständen abhängig.

Pur den Wärmedurchgang der heißen Innenluft (θ^) durch das Gehäube als Trennwand (Dicke S, Wärmeleitfähigkeit λ ) auf die kalte Kühlluft (J^₂) gilt die Beziehung

Q = k . A (^₁ -KT₂)

Der auf die Gehäusefläche A bezogene Wärmedurchgangskoeffizient k . A läßt sich berechnen aus

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k . A ~

d.h. für 3 Abschnitte, nämlich:

1) Wärmeübergang von der heißen Innenluft an die Oberfläche der Innenwand (x. . A.)t

2) Wärmeleitung durch die Wand ( ,\ . Ä) und

3) Wärmeübergang von der Oberfläche der Außenwand an die Kühlluft 'x_a . A_a).

Praktisch durchführbare Maßnahmen zur Verringerung des Wärmewiderstandes sind also Vergrößerung der Kühlflächen, z.B. durch Rippen, Erhöhung der Wärmeleitfähigkeit durch Materialaustausch, Erhöhung der Wärmeübergangszahlen an den Kühlflächen, z.B. durch Erhöhung der Luftgeschwindigkeit.

Motoren in geschlossener Ausführung, z.B. für iie Schutzart IP 44, werden bekanntlich mit einem Außenventilator versehen, wodurch der weitaus p.-ößte Teil der Verlustwärme vom Rippengehäuse durch erzwungene Kunvektion abgegeben wird. Die beiden Lagerschilde (einschließlich Welle) haben nur einen geringen Anteil an der Abführung der Verlustwärme, weil sie praktisch im Windschatten liegen und daher nur in geringem Maße von der Kühlluft berührt werden.

Des weiteren ist für Motoren in geschlossener Ausführung eine Konstruktion mit einem Zwischenschild als Gehäuseabschluß auf der Ventilatorseite bekannt. Hierbei ist der Ventilator zwischen Lagerschild und Gehäuseschild angeordnet. Die Abführung der Verlustwärme ist praktisch identisch mit der vorher beschriebenen allgemein verwendeten Konstruktion.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die Verlustwärmeabführung wenigstens an einer Lagerschildseite eines Elektromotors maßgeblich zu verbessern, um dadurch das aktive Material des Motors höher ausnutzen zu können.

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Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die im kennzeichnenden Teil des Anspruchs 1 angegebenen konstruktiven Maßnahmen gelöst.

Die mit der Erfindung erzielten Vorteile bestehen darin, daß durch die Integration des Ventilators in den Motor nicht nur die Kühlung entscheidend verbessert wird, sondern gleichzeitig ein zweckmäßigerer Gehäuseabschluß als bisher erreicht wird.

Vorteilhafte Ausgestaltungen des Gegenstandes nach Anspruch 1 Bind den Unteransprüchen zu entnehmen.

Hierbei erweist es sich als besonders zweckmäßig, wenn der Schild in seinem äußeren Bereich unter Einhaltung eines kleinstmöglichen Spaltes in das Statorgehäuse des Motors hineinragt (Anspruch 2).

Damit bildet der Außendurchmesser des tellerartigen Schildes mit dem Statorgehäuseinnendurchmesser eine Labyrinthabdichtung. Die gewünschte Schutzart wird durch einen für die Labyrinthabdichtung erforderlichen Zentrierspalt zwischen dem Gehäuse und dem Ventilator - hier in seiner Eigenschaft als rotierender Zwischenschild - ermöglicht.

Auch ist es vorteilhaft, daß der Ventilator aus einem Gußstück, insbesondere aus einem Werkstoff hoher Wärmeleitfähigkeit, besteht (Anspruch 4 und 5). Da der Ventilator in seiner Punktion als Gehäuseabschluß nur noch als Schild zwischen Wicklungsraum und Lagerschild dient, kann für den Ventilator ein Werkstoff hoher Wärmeleitfähigkeit eingesetzt werden, da die mechanische Belastung relativ gering ist und somit eine Werkstoffauswahl nach mechanischen Gesichtspunkten entfällt.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung dargestellt und wird im folgenden näher erläutert. Es zeigt die Figur einen Ausschnitt eines Ventilators als integrierten Wärmetauscher für einen Elektromotor, im Schnitt.

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Nach der Figur besteht der Ventilator aus einem tellerartigen Schild 1, der mit einer Nabe 2 verbunden ist. Der tellerartige Schild ist nach der zum Motor gewandten S3ite im radial äußeren Bereich nach innen gebogen. An dieser Seite befinden sich zwischen der Nabe und dem tellerartigen Schild mehrere Flügel 3. An der vom Motor abgewandten Seite ist der tellerartige Schild 1 mit mehreren Flügeln 4 versehen. Diese Flügel sino so gestaltet, daß sie an der Verbindungsstelle des Schildes mit der Nabe beginnend zunächst einen spitzen Winkel mit diesem Schild bilden, danach einen zum Schild senkrechten Verlauf nehmen unc dann etwa parallel zu einem Lüftungsgitter 5 verlaufen. Etwa in Höhe der oberen Lüftungsgitterbefestigung verlaufen die Flügel 4 in einem Winkel von angenähert 45 zur Motorachse. In diesem Bereich sind sämtliche Flügel 4 von einem Leitapparat 6 umgeben. Von der oberen Kante des Leitapparates besteht eine direkte Verbindung :;u einem Wulst 7 des tellerartigen Schildes 1 . Der tellerartige Schild 1 ragt in das Statorgehäuse 8 des Motors hinein. Durch den Wulst 7 und die darauf folgende scharfe Absetzung entsteht r.it dem im Abstand parallel zur abgesetzten Wulstkante verlaufen ien Ende des Statorgehäuses ein Ringspalt, der im Uberlappungsbereich von Schild und Statorgehäuse in einen hierzu senkrecht verlaufenden ningspalt übergeht, wobei der Außendurchmesser des telle^artigen Schildes D„ nur unwesentlich kleiner als der Innendurchmesser D„ des Statorgehäuses 8 ist. Damit entsteht zwischen dem .Vicklungsraum 1C und dem Raum zwischen Außengehäuse 11 und Schild i eine Labyrinthabdichtung. Die Außenseite des Statorgehäuses δ ist mit Kühlrippen 9 versehen.

Die Wirkungsweise des erfindungsgemäßen Doppelventilators ist folgende: Der Ventilator fördert die Kühlluft von außen durch das Lufteintrittsgitter 5 zwischen dem tellerartigen Schild 1 und dem Leitapparat 6 durch die oberhalb des Statorgehäuses befindlichen Kühlrippen 9. Dies ist die eine Funktion des Ventilators. Gleichzeitig wird für eine Umwälzung der heißen Innenluft gesorgt, deren Weg durch den tellerartigen Schild in Verbindung mit dem Statorgehäuse vorgegeben ist. Dies ist die zweite Funktion des Ventilators.

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Die Kühlfläche des Ventilators steht einerseits in direkter Verbindung mit der heißen Innenluft und andererseits in direkter Verbindung mit der Kühlluft. Der Wärnietransport dabei geschieht durch Wärmeleitung, wobei sich als Werkstoff für den Ventilator vorzugsweise Aluminium eignet. Die Kühlung auf der Stirnseite des Motors wird mit dem erfindungsgemäßen Doppelventilator bei gleichzeitiger Punktion als Gehäuseabschluß wesentlich verbessert. Die Wärmedurchgangszahl k wird auf mindestens den dreifachen Wert erhöht gegenüber einer Ausführung mit einem vom Schild aus Stahl oder Gußeisen getrennten Außenventilator.

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Claims (5)

Fl 4445 - 1 - 5.5.78 Ansprüche:

1. Ventilator für einen Elektromotor in geschlossener Ausführung, mit einem geschlossenen Laufrad, dadurch gekennzeichnet, daß die Nabe (2) des Laufrades mit einem tellerartigen, den Motorinnenraum abschließenden Schild (1) verbunden ist, dessen radiale äußere Fläche zu der zum Motor gewandten Seite umgebogen ist und im Bereich zwischen der Nabe und dem Schild mehrere Flügel (3) angeordnet sind, und daß die vom Motor abgewandte Seite des Schildes gleichfalls mit mehreren Flügeln (4) verbunden ist, die im äußeren Bereich von einem alle Flügel (4) umgebenden Leitapparat (6) abgeschlossen sind.

2. Ventilator nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Schild (1) in seinem radial äußeren Bereich unter Einhaltung eines kleinstmöglichen Spaltes in das Statorgehäuse (8) hineinragt.

3. Ventilator nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Schild (1) vor dem Überlappungsbereich von Schild (1) und Statorgehäuse (8) wulstartig verstärkt ist, wobei der Wulst (7) zum äußeren Rand des Schildes scharf abgesetzt ist.

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4. Ventilator nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß er aus einem Gußstück besteht.

5. Ventilator nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß das Gußstück aus einem Werkstoff hoher Wärmeleitfähigkeit, z.B. Aluminium besteht.