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Luftführung für elektrische Kollektormaschinen, insbesondere Wechselstromkollektorbahnmotoren
mit Gebläsekühlung Wechselstrombahnmotoren (Kollektormotoren) haben hohe Anker-
und Kollektorverluste. Insbesondere gilt dies für 5o-Hz-Motoren, die der Kommutierung
wegen für verhältnismäßig niedrige Spannung und hohen Strom, also mit großem Kollektor
und sehr vielen Bürsten gebaut werden müssen, und die infolge ihrer großen Pol-
und Drehzahl erhebliche Eisenverluste sowie zusätzliche Wirbelströme in der Ankerwicklung
besitzen. Derartige Motoren werden daher mit besonders kräftiger Lüftung durch Gebläse
ausgerüstet. Dabei sollen-folgende Bedingungen erfüllt werden: i. Jeder Teil des
Motors, also Ständer, Anker und Kollektor, soll für sich einen angemessenen Teil
kalter Frischluft unmittelbar zugeführt erhalten. Es sollen also nicht etwa mehrere
Teile in bezug auf den Luftstrom hintereinandergeschaltet sein, weil dann die Luft
beim Eintritt in die folgenden Teile bereits vorgewärmt sein würde.
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a. Eine Wärmeübertragung zwischen den einzelnen Teilen, vor allem
zwischen Anker und Kollektor, soll verhindert werden.
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3. Der die Kollektoroberfläche bestreichende Luftstrom soll nach außen,
d. h. zum Lagerschild hin, gerichtet sein, der durch Bürstenabnutzung entstehende
Kohlenstaub soll also aus dem Motor herausgeblasen werden und nicht etwa in die
Wicklungen hinein.
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4. Die gesamte Kühlluft soll dem Motor möglichst an einer einzigen
Stelle zugeführt werden, zwecks Vereinfachung der im Lokomotivgestell unterzubringenden,
ziemlich viel Raum beanspruchenden Luftkanäle.
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5: Die Wege für die einzelnen Kühlluftströme
innerhalb
des Motors sollen geringe Länge und grüßen Querschnitt' besitzen, damit die Gebläse
keinen hohen Gegendruck zu überwinden haben und nur mäßige Antriebsleistung verbrauchen.
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6. Die Richtung der Luftströme soll überall der natürlichen Ventilationsrichtung
entsprechen, also im Sinne der Fliehkräfte radial von innen nach außen, damit auch
bei etwaigem Stillstand des Gebläses noch eine, wenn auch verminderte Selbstlüftung
bestehenbleibt.
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Eine befriedigende Lösung, die allen diesen Bedingungen genügt, ist
bisher nicht bekanntgeworden. Wenn die Kühlluft über den Kollektor hinweg nach außen
gerichtet sein soll, so muß sie entweder vom Ständer oder vom Anker herkommen. Vom
Ständer her ist sie vorgewärmt und müßte auf die Kollektorfläche entgegen der Fliehkraft
heruntergedrückt werden. Vom Anker her ist sie stark vorgewärmt und kann nur durch
die Kollektorfahnen zutreten, die dann offen, d. h. mit leeren Zwischenräumen, auszuführen
sind. Bei nicht laufendem Gebläse müssen dann aber die als Ventilator wirkenden
Fahnen die Luft durch den Anker hindurchziehen. Es entsteht daher hinter den Fahnen
ein Unterdruck, der Wirbelbildung hervorruft und hier leicht zu Verschmutzung und
dadurch zur Bildung von Kriechströmen und Überschlägen führt. In beiden Fällen kann
zwar die gesamte Kühlluft vom Lagerschild der Antriebsseite (der dem Kollektor abgewandten
Seite) zugeführt werden, doch liegen in jedem Fall die wärmeren Wickelköpfe gerade
auf der dem Kollektor benachbarten Seite.
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Wollte man andererseits die Luftzuführung zwischen Kollektor und benachbarten
Ständerwickelkopf legen, so bleibt dieser zwar kälter, die Luft geht dann aber in
zwei entgegengesetzt gerichteten Teilströmen weiter, teils über den Kollektor weg
(wieder der Fliehkraft entgegen), teils durch bzw. über den Ständer, insgesamt also
durch beide Lagerschilde nach außen. Die Kühlluft für den Anker müßte dann durch
einen besonderen Stutzen an der einen oder anderen Seite zugeführt werden, und zwar
wäre die natürliche Richtung von der Kollektor- zur Antriebsseite, doch ist hier
nirgends mehr genügend Platz vorhanden, insbesondere nicht auf der Kollektorseite,
wo überdies das in die Kollektoibuchse hineinragende Ankerlager den Durchgangsquerschnitt
stark einengt.
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Durch die vorliegende Erfindung werden die geschilderten Schwierigkeiten
dadurch behoben, daß man jedem der drei Teile Anker, Ständer und Kollektor wenigstens
einen von mehreren parallelen Frischluftströmen zuführt und das Blechpaket des Ständers
und Läufers durch Luftschlitze unterteilt. Dabei wird je ein Kühlluftstrom von den
beiden Stirnseiten aus dem Ständer und Anker zugeführt und verläßt diese Teile durch
den zwischen den Blechpakethälften eingeschlossenen Luftschlitz in Richtung von
Öffnungen in der Gehäuseaußenwand.
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Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist schematisch in .der Zeichnung
dargestellt. Das Blechpaket des Ankers ist in die beiden Hälften i und 2 (Fig. i)
unterteilt. Eine entsprechende Unterteilung ist im Ständer vorgenommen. Die Blechpakete
sind hier mit 3 und 4 bezeichnet. Zwischen ihnen befindet sich der Luftkanal 5.
Die gesamte Kühlluft tritt durch eine einzige Öffnung 6 durch das Lagerschild der
Antriebsseite ein. Sie teilt sich dann in eine Reihe von parallelen Einzelströmen.
Ein Teil (Pfeil 7) geht durch die rechte Hälfte des Ankerblechpaketes nach dem mittleren
Luftschlitz, ein zweiter Teil durch einen Kanal 8 im Anker (Ankerbohrung) hindurch
unter dem dem Kollektor 9 benachbarten Wickelkopf hinweg durch die linke Ankerblechpakethälfte
i (Pfeil io) ebenfalls zum Luftschlitz. Die beiden Luftströme (Pfeile 7 und io)
vereinigen sich und werden durch den Schlitz 5, unterstützt durch die Ventilatorwirkung
der diesen Schlitz durchquerenden Wicklungen, nach außen geleitet. Sie treten durch
Öffnungen in der Außenwand des Gehäuses ins Freie (Pfeile i i). Der Anker wird also
von beiden Stirnseiten her symmetrisch belüftet. Der dem Kollektor benachbarte Wickelkopf
wird ebenso gut gekühlt wie der auf der Antriebsseite. Dazu kommt, daß durch die
Parallelschaltung der Luftströme der Durchgangsquerschnitt verdoppelt, die Weglänge
halbiert und somit der Luftwiderstand stark vermindert ist. Die Ständerkühlung ist
ähnlich aufgebaut. Ein Teilstrom geht vom antriebsseitigen Lagerschild unmittelbar
durch (bzw. über) die rechte Blechpakethälfte 4 zum mittleren Luftschlitz (Pfeile
12 und i3). Ein zweiter Teilstrom (Pfeile 14 und 15) geht durch die im Gehäuserücken
angebrachten, geräumigen Luftkanäle 16 (vgl. Fig.2) zum linken Wickelkopf, wird
hier umgelenkt (Pfeile 17) und geht durch die linke Blechpakethälfte ebenfalls zum
Luftschlitz 5, von wo beide Ströme, vereint mit den vom Anker kommenden Strömen,
durch das Gehäuse ins Freie treten (Pfeile ii, Fig. i und 2).
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Der Kollektor wird gleichfalls doppelt gekühlt; zum überwiegenden
Teil von innen her durch einen Luftstrom, der durch die Ankerbohrung 8 läuft, radial
nach außen abbiegt, durch die offenen Fahnen 18 (Pfeil i9) tritt und über die Kollektorfläche
hinweggeht. Zu diesem Luftstrom tritt ein zweiter, der von dem durch die Längskanäle
16 im Gehäuserücken fließenden Strom abgezweigt wird (Pfei12o). Beide Luftströme
bestreichen die Kollektorlamellen und treten durch Öffnungen 2i im linken Lagerschild
ins Freie.
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Der erstgenannte Luftstrom hat hier, da die große Ankerbohrung 8 nur
wenig Widerstand bietet, unmittelbaren freien Zutritt zu den Fahnen; außerdem können
am Anker- oder Kollektorkörper Rippen angebracht werden, die, als Ventilatorflügel
wirkend, auch bei stillstehendem Gebläse einen kräftigen Überdruck in Richtung auf
die Fahnen erzeugen und dadurch jede Wirbelbildung, Verschmutzung und Überschlagsgefahr
vermeiden.
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Die Längskanäle 16 im Gehäuserücken können, wie aus Fig.2 ersichtlich
ist, zwischen zickzackförmig angeordneten Rippen gebildet werden, so
daß
Kanäle mit etwa dreieckförmigem Querschnitt entstehen, deren Spitzen abwechselnd
nach innen und nach außen gerichtet sind. Die zwischen den mit 16 bezeichneten Kanälen
gebildeten Räume dienen zum Sammeln der aus dem Luftschlitz 5 entweichenden Luft
und führen diese durch öffnungen (Pfeile i i) nach außen. Das Gehäuse erhält durch
diesen Aufbau eine große Steifigkeit bei geringem Gewicht.
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Es empfiehlt sich, keinen am Anker angebauten Windflügel vorzusehen,
weil dieser bei Bahnmotoren wegen des Links- und Rechtslaufes radial stehende Schaufeln
erhalten müßte, die erfahrungsgemäß den von einem besonderen Gebläse erzeugten Kühlluftstrom
behindern. Eine gewisse Ventilation wird schon durch die offenen Kollektorfahnen
einerseits, die den Luftschlitz 5 durchquerenden Ankerspulen andererseits sowie
auch durch die Ankerwickelköpfe erzeugt. Will man, etwa bei kleineren Leistungen,
das besondere Motorgebläse ersparen, so kann man ein Gebläse an das Motorgehäuse
anbauen und in an sich bekannter Weise von der Ankerwelle mit Hilfe von Klemmsperren
so antreiben, daß es stets im gleichen Sinne umläuft.
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Da die Kühlluftführung nach der vorliegenden Erfindung eine besonders
wirksame Kühlung bringt, kann sie überall dort angewandt werden, wo es darauf ankommt,
große Leistungen in verhältnismäßig kleinem Raum unterzubringen. Die Anwendbarkeit
der Erfindung ist deshalb nicht auf Bahnmotoren oder auf Frequenzen um 5o Hz beschränkt,
sondern kann vielmehr auch bei Generatoren und anderen Frequenzen als 5o Hz und
auch bei Gleichstrommaschinen angewandt werden.