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Geschlossene elektrische Maschine höherer Leistung mit Außen- und
Innenkühlluftstrom Die Entwicklung der Kühlsysteme geschlossener elektrischer Maschinen
mit Außen- und Innenkühlluftstrom ist im wesentlichen zwei verschiedene Wege gegangen.
Das eine Kühlsystem besteht darin, daß man die Oberfläche des die Ständerteile tragenden
geschlossenen, an dem Ständerblechpaket satt anliegenden Gehäuses durch Rippen vergrößert
und so den Wärmeaustausch zwischen der warmen Innenluft und der meist durch einen
Außenlüfter über das Rippengehäuse hinweggeblasenen kalten Außenluft beschleunigt.
Der Wärmeaustausch findet durch Wärmeleitung über die Eisenkerne zum Gehäusemantel
statt. Die Abkühlung hängt demnach von der Oberflächengröße der Maschine, die künstlich
durch Kühlrippen vergrößert ist, ab. Da die Oberfläche einer Maschine mit wachsendem
Durchmesser mit der zweiten Potenz, die Leistung und die Wärmeentwicklung aber mit
höheren Po-Lenzen anwachsen, kommt man bei Rippenkühlung verhältnismäßig rasch an
die Grenze, an der die Verluste nicht mehr ohne Überschreitung der zulässigen Erwärmungsgrenzen
abgeführt werden können.
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Ein völlig anderes Kühlsystem geschlossener elektrischer Maschinen
mit Außen- und Innenkühlluftstrom kommt bei einer aus Kühlkanälen bestehenden Kühlvorrichtung
zur Anwendung, deren nach dem Motorinneren abgeschlossene Kanäle innen von dem Außenkühlluftstrom
durchströmt und außen in der Längsrichtung von im Kreis geführten Innenkühlluftstrom
bespült werden. Die Wärme wird hier indirekt über Luft als Zwischenträger abgeführt.
Dieses Kühlsystem wurde bisher nur bei elektrischen Maschinen kleiner Leistung angewendet,
kann aber gerade bei diesen Maschinen nur als Fehlkonstruktion bezeichnet werden,
da es
dort gegenüber der Ausführung mit Kühlrippen keine Gewichts-
und Materialersparnis bringt, sondern im Gegenteil einen erhöhten Aufwand an Gewicht
und Material erfordert. Das kommt zum Teil daher, daß man bei kleinen Maschinen
verhältnismäßig viele Kanäle vorsehen muß, um die erforderliche Kühlwirkung zu erzielen.
Um die Kühlwirkung nicht zu beeinträchtigen und einen guten Wärmeaustausch zwischen
den beiden axial gerichteten Kühlluftströmen herbeizuführen, erstrecken sich bei
bekannten Maschinen kleiner Leistung die Kanäle über ihre ganze Länge frei über
das Maschinengehäuse, ohne daß daran aktive Maschinenteile anliegen oder befestigt
sind.
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Die Erfindung beruht auf der Erkenntnis, daß bei Maschinen höherer
Leistung die indirekte Abführung der Wärme über Luft als Zwischenträger vorteilhafter
ist als die Rippenkühlung und auch dann noch ein hervorragender Wärmeaustausch durch
Kühlrohre zu erreichen ist, wenn andere Maschinenteile mit den Kühlrohren nur stellenweise
in Berührung sind. Erfindungsgemäß sind die Ständerteile an einem als Wärmeaustauscher
dienenden Kühlrohrkäfig unter Freilassung des überwiegenden Teiles des Umfanges
der einzelnen Kühlrohre befestigt. Da damit die Kühlrohre im wesentlichen selbst
die Tragkonstruktion bilden, kann ein besonderes tragendes massives Ständergehäuse
fortfallen. Dadurch ergibt sich eine beträchtliche Material- und Gewichtsersparnis.
Überraschend ist außerdem die erhebliche Geräuschdämpfung, die mit der Erfindung
gegenüber Maschinen, bei denen Kühlkanäle auf -ihrer ganzen Länge frei liegen, erzielt
ist.
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Die Maschine gemäß der Erfindung darf nicht mit einer bekannten Maschine
verwechselt werden, bei der wohl Rohre zum Tragen der Ständerteile mit herangezogen
werden, aber durch die Rohrwände kein Wärmeaustausch zwischen einem Außen-und Innenkühlluftstrom
stattfindet, sondern die Rohre nur von einem Kühlmittel durchströmt werden, das
innerhalb der Maschine durch zahlreiche feine Löcher duschartig herausgespritzt
wird. Diese Rohre können ohne Behinderung der Kühlung an einzelnen Stellen längs
ihres ganzen Umfanges von anderen Bauteilen umgeben sein. Die Maschine gemäß der
Erfindung unterscheidet sich auch wesentlich von einer anderen bekannten geschlossenen
Maschine mit einem Innen- und einem Außenkühlluftstrom, bei der wohl ein Wärmeaustauscher
als Tragelement für die aktiven Maschinenteile dient, bei der aber der Wärmeaustauscher
von dem wellblechartig geformten Ständergehäuse gebildet wird.
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Die Erfindung soll an Hand der Zeichnung näher erläutert werden.
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Fig. i und 2 zeigen im Längs- und Querschnitt eine Ausführungsform
der Erfindung.
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Das Ständerblech i wird von den Tragrippen 2 getragen, die mit je
einem Paar von Kühlrohren 3 verschweißt sind. Die geradlinigen Kühlrohre sind außerdem
noch durch Versteifungsringe 4 und durch die Stirnringe 5 des Gehäuses fest miteinander
verbunden. Außen um die Kühlrohre ist ein Mantel 6 aus verhältnismäßig dünnem Blech
gelegt, der praktisch mechanisch vollkommen entlastet ist und nur zum Luftabschluß
des Gehäuses nach außen dient. Innerhalb des Kühlrohrkäfigs kann zwecks Luftführung
noch ein gegebenenfalls mehrteiliger Zwischenmantel 7 angebracht sein. 8 ist ein
Leitblech für den durch die Pfeile 9 angedeuteten Innenkühlluftstrom, der durch
den Lüfter io angetrieben wird. Das Leitblech 8 kann gleichzeitig einen Versteifungsring
bilden. i i sind gegebenenfalls aus besonderen Stücken bestehende Fortsätze der
Tragrippen 2. Die Tragrippen 2 und i i sind mit den einzelnen Versteifungsringen
4 und 8 bzw. mit dem einen oder beiden Stirnringen 5 verschweißt. In der Nähe des
Lüfters io und an der Umkehrstelle 12 des Innenkühlluftstromes verlaufen die Kühlrohre
quer zur Luftströmung. Sie sind an diesen Stellen von Windschatten bildenden Konstruktionsteilen
frei. An den Stirnringen:5 sind beiderseits die Lagerschilde 13 befestigt. 14 ist
der in einem besonderen Gehäusebau 15 angebrachte Außenlüfter, der den durch Pfeile
16 angedeuteten Außenkühlluftstrom durch die Rohrei treibt. Unter Umständen kann
der Außenlüfter 14 auf der gleichen Maschinenseite wie der Innenlüfter io angebracht
sein, so daß dann die Kühlluft innerhalb und außerhalb der Rohre 3 in der gleichen
Richtung strömt. Dies ist besonders vorteilhaft, weil dann die größte Temperaturdifferenz
zwischen Innen-und Außenkühlluftstrom in der Nähe des Innenlüfters auftritt und
dieser Lüfter den Innenkühlluftstrom quer durch die Rohre bläst, was bekanntlich
den Wärmeaustausch begünstigt.
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Erfindungsgemäß sind die Zubehörteile des Ständers, Füße, Ösen, Klemmenkasten,
unter Entlastung des Gehäusemantels 6 an den Stirnringen und/oder an den Rohren
abgestützt. So sind z. B. in Fig. z die Aufhängeösen 17 an einer den Gehäusemantel
6 durchdringenden Traverse i8 angebracht, die sowohl an den Stirnringen 5 wie an
einem Paar von Kühlrohren 3 angeschweißt ist und im Ausführungsbeispiel auch gleichzeitig
eine Tragrippe 2 für das Ständerblechpaket bildet.
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In einer ähnlichen Weise können die Füße ausgeführt sein. Statt dessen
kann man aber auch, wie die Fig. r und 2 zeigen, die Füße durch Fortsätze oder Ansätze
ig der Stirnringe 5 bilden und durch den Gehäusemantel 6 durchdringende, mit den
Kühlrohren 3 verbundene Teile 2o versteifen. Statt dessen können auch die Füße ausschließlich
an den Kühlrohren bzw. an den Stirnringen angebracht sein.
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Der Klemmenkasten 2i ist unter weitgehender Entlastung des Gehäusemantels
6 mit dem einen Stirnring 5 fest, beispielsweise durch Schweißen verbunden. Er sitzt
auf der dem Innenlüfter gegenüberliegenden Seite, weil von hier aus die Kabel 22
bequemer zwischen den Kühlrohren 3 direkt zu den Wicklungsköpfen hindurchgeführt
werden können.
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In Fg: i ist der Innenkühlluftstrom 9 durch Kanäle 23 des Ständerblechpakets
hindurchgeführt. DieKanäle .erhalten zweckmäßig die gleicheTeilung
wie
die Nuten, damit sie gleichzeitig mit den Nuten gestanzt werden können. Um die gleichzeitig
zur Versteifung dienenden Druckringe 24. des Blechpakets nicht unnötig zu schwächen,
gibt man diesen etwas größere Öffnungen und etwas größere Teilungen als den Ständerkanälen
23. Damit trotz der verschiedenen Teilungen und Größen der Öffnungen der Luftdurchtritt
nicht erschwert wird, werden an dem äußeren Blech hochkant Blechstreifen 25 angebracht,
die für die Entstehung eines gewissen Zwischenraumes zwischen dem Druckring 24.
und dem Ständerblechpaket sorgen. Der Innenkühlluftstrom geht von dem Innenlüfter
io aus zwischen den beiden Mänteln 6, 7 hindurch, gelangt bei 12 zwischen den Rohren
in den einen Stirnraum und schließt sich von dort aus durch die Ständerkanäle 23
nach dem anderen, den Lüfter io enthaltenden Stirnraum.
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Die Rohre brauchen nicht, Nvie in den Fig. i und 2 dargestellt ist,
kreisförmigen Querschnitt zu haben, sondern können beliebige Querschnittsform haben.
Insbesondere kann man, wie beispielsweise die Fig. 3 bis 5 zeigen, die Rohre aus
Profilen zusammenschweißen. Überstehende Stege, Flansche od. dgl. der Profile können
dabei gleichzeitig die Trag- oder Versteifungsrippen 2 bzw. die Traverse 18 bilden.
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In Fig. 3 ist das Rohr aus zwei L-Profilen 27 zusammengeschweißt,
in Fig. q. aus einem T-Profil 28 und zwei L-Profilen 2g. Der vorspringende Flansch
30 kann dabei gleichzeitig eine Tragrippe für das Ständerblechpaket bilden.
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In Fig. 5 besteht das Rohr aus einem T-Profil 31 und einem L-Profil
32.
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Die Erfindung bietet u. a. den Vorteil, daß die den Wärmeaustausch
zwischen Innen- und Außenkühlluftstrom vermittelnden Kühlrohre gleichzeitig noch
als konstruktive Tragteile ausgenutzt sind. Wegen Fortfall der sonst bei elektrischen
Maschinen mit Kühlrohren als Tragelemente verwendeten Konstruktionsteile ergibt
sich eine freiere Luftströmung, bzw. man hat hinsichtlich der Verlegung der Luftströmungspfade
freie Hand. Die gleichzeitige Benutzung der Rohre als Kühl- und Tragelemente hat
ferner eine Ersparnis an Material und Gewicht zur Folge. Im großen und ganzen besteht
die Maschine nur aus aktiven Teilen, weil auch die sonst nur als Tragelemente dienenden
Teile aktiv für den Wärmeaustausch ausgenutzt sind.