DEP0013165DA - Einrichtung zur Kühlung elektrischer Maschinen mittels Lüfter - Google Patents

Description

Die Kühlung des Gehäuses geschlossener elektrischer Maschinen geschah bisher in der Regel mittels eines Lüfters, welcher die Kühlluft über die mit Rippen versehene Gehäuseoberfläche drückte. Die auf diese Weise erreichbare Kühlwirkung ist mangelhaft, da sie in einem unbefriedigenden Verhältnis zu der aufgewendeten Leistung für den Antrieb des Lüfters steht. Abgesehen davon, dass die Beaufschlagung der Gehäuseoberfläche mit Kühlluft sehr ungleichmässig erfolgt, ist die mangelhafte Kühlwirkung vornehmlich darauf zurückzuführen, dass die mittlere Luftgeschwindigkeit über der gesamten Gehäuseoberfläche im Vergleich zu der Geschwindigkeit, mit welcher die Luft aus dem Kühler heraustritt, sehr niedrig ist. Die aus dem Lüfter austretende Druckluft hat eine grosse Geschwindigkeitskomponente in der Umfangsrichtung. Der Luftstrom erfährt vor dem Eintritt in die zwischen den Rippen befindlichen Zwischenräume eine Richtungsänderung von nahezu 90°. Dabei entstehen hohe Stossverluste. Es ist deshalb die Luftgeschwindigkeit schon am Rippenanfang wesentlich geringer als die Austrittsgeschwindigkeit beim Lüfter. Ausserdem löst sich längs der Gehäuseoberfläche ein grosser Teil der Luft vom Gehäuse ab. Dadurch ergibt sich eine weitere Minderung der Luftgeschwindigkeit. Hinzu kommt, dass in der Nähe des Rippenanfangs Windschatten infolge von durch die Maschinenkon- struktion bedingten Hindernissen, wie Befestigungsaugen usw. entstehen. Diese Hindernisse bewirken ebenfalls eine Verringerung der Luftgeschwindigkeit. Ausserdem haben die Windschatten zur Folge, daß in manche Rippenzwischenräume nur sehr wenig Luft mit besonders geringer Geschwindigkeit strömt.

Der Erfindung liegt die Erkenntnis zu Grunde, dass diese Nachteile dadurch behebbar sind, dass die Kühlluft über die Gehäuseoberfläche mit Hilfe eines Sauglüfters hinweggeblasen wird. Es wird erfindungsgemäss die Kühlluft mittels eines Sauglüfters am Maschinengehäuse entlanggeführt und es ist diesem bzw. seinen Kühlrippen ein umgebender Deckmantel vorgelagert. Auf diese Weise ist der Fortschritt erzielbar, dass der Kühlluftstrom an allen beaufschlagten Stellen des Maschinengehäuses praktisch die gleiche Geschwindigkeit besitzt. Ausserdem ergibt sich der Vorteil, dass durch einen Saugluftstrom bei geeigneter Anordnung von Mantelblechen, Leitblechen, Abdeckhauben usw. jeder zu kühlende Teil der Maschinenoberfläche bespült werden kann. Um die Kühlluft an alle zu beaufschlagenden Stellen zuverlässig zu leiten, ist nach einem weiteren Merkmal der Erfindung auf der Ansaugseite und auf der Lüfterseite je ein an den Deckmantel anschliessendes, am jeweiligen Lagerschild entlangführendes Leitmittel z.B. in Gestalt einer Haube angeordnet. Es entstehen somit Kanäle für den Kühlluftstrom, durch welche dieser infolge der Saugwirkung des Lüfters fliessen muss. Infolge der erfindungsgemäss erreichten gesteigerten Kühlwirkung kann die Kühlluft auch in erhöhtem Masse für die Wärmeabfuhr aus dem Maschineninnern herangezogen werden. Es ergibt sich somit eine bessere Kühlung der Innenteile der Maschine. Weil die Strömungswege der Kühlluft bei Anwendung eines Sauglüfters gut zu beherrschen sind, können durch die Erfindung die beiden Wickelkopfräume in wesentlich grösserem Masse als bisher für die Abführung von Verlustwärme nutzbar gemacht werden. Zu diesem Zweck sind die beiden Lagerschilde mit Innen- und Aussenrippen versehen.

Es kommt hinzu, dass erfindungsgemäss ein Lüfter grösseren Durchmessers benutzbar ist, als dies bei Verwendung eines Drucklüfters möglich ist. Dessen Aussendurchmesser ist durch die Notwendigkeit begrenzt, die Luft alsbald nach ihrem Austritt aus dem Lüfter um fast 90° abzulenken. Ein Sauglüfter dagegen kann einen Aussendurchmesser besitzen, der bis zu den Rippenspitzen reicht. Infolgedessen ist ohne Steigerung der Antriebsleistung sowohl hinsichtlich der Luftmenge als auch hinsichtlich der Luftgeschwindigkeit eine be- achtliche Verbesserung der Kühlwirkung erreichbar.

In den erwähnten Vorteilen erschöpft sich die Erfindung jedoch nicht. Im Gegensatz zu Drucklüftern ist es bei Anwendung eines Saugluftstromes möglich, die Luftgeschwindigkeit durch geeignete Massnahmen zu steigern. Es kann z.B. dem Sauglüfter auf der Lufteintrittsseite der Maschine ein Drucklüfter zugeordnet werden. Auch kann auf beiden Maschinenseiten je ein Sauglüfter vorgesehen werden, in welchem Falle die Kühlluft ungefähr in Maschinenmitte durch eine Deckmantelöffnung eingeführt wird. Dadurch ergeben sich grössere Luftgeschwindigkeiten, weil die Luftwiderstände geringer werden. Es mindert sich auch die Lufterwärmung. Der Temperaturunterschied zwischen der eintretenden Luft und der austretenden Luft ist nur etwa halb so gross. Dies bringt den Vorteil mit sich, daß die Lufterwärmung grössenordnungsmässig etwa zur Hälfte in die Übertemperaturen der Maschinenwicklungen eingeht.

Die Erfindung ist auf der Zeichnung an einigen Ausführungsbeispielen in schematischer Darstellung veranschaulicht. Es zeigen

Fig. 1 einen Längsschnitt durch einen Drehstrommotor (Kurzschlußläufer),

Fig. 2 einen Längsschnitt durch einen Drehstrommotor mit zwei Sauglüftern,

Fig. 3 einen Längsschnitt durch einen Drehstrommotor mit einem Saug- und einem Drucklüfter,

Fig. 4 den Antrieb des Sauglüfters mittels eines kleinen Hilfsmotors,

Fig. 5 einen Teil-Längsschnitt eines Drehstrommotors (Schleifringläufer),

Fig. 6 einen Längsschnitt durch einen Gleichstrommotor.

Bei Ausführungsbeispiel gemäss den Figuren 1 - 4 ist ein Drehstrommotor mit Kurzschlussläufer auf der einen Maschinenseite mit einem Sauglüfter 1 versehen. Dieser saugt die auf der gegenüberliegenden Maschinenseite bei 2 eintretende Kühlluft zwischen den an dem Maschinengehäuse befindlichen Längsrippen 3 hindurch, welchen ein die Maschine umgebender Deckmantel 4 vorgelagert ist. Damit die Kühlluft den gewünschten Strömungsweg nimmt, ist auf der Ansaugseite eine Haube 5 und auf der Lüfterseite ein Leitblech 6 angeordnet. Beide Leitmittel schliessen an den Deckmantel 4 an. Sie bewirken, dass die Kühlluft an den Lagerschilden der Maschine entlanggeführt wird. Die auf diese Weise erzielbare Wärmeableitung aus dem Maschineninnern kann dadurch gesteigert werden, dass die Lagerschilde mit Aussenrippen 7 und Innenrippen 8 versehen werden.

Es ist offensichtlich, dass durch die Kühlung mittels eines Sauglüfters eine erhebliche Wirkungssteigerung erzielt ist.

Darüber hinaus wirkt sich auch die Kühleinrichtung nach der Erfindung auf die Kühlung der Wickelkopfräume vorteilhaft aus. Es können unter den Wickelköpfen der Ständerwicklung im Maschineninnern Lüfter 9 angeordnet sein, um in den Wickelkopfräumen eine günstige Luftbewegung zu erzielen.

Es ist möglich, um die Kühlflächen des Läufers zu vergrössern, möglichst grosse Lüfterflügel bei gespritzten Läuferkäfigen an die Kurzschlussringe anzuspritzen. Diese Flügel greifen zweckmässig zwischen den Flügeln der Lüfter 9 an.

Wie Fig. 2 zeigt, ist es möglich, die Ausbildung so zu treffen, dass auf jeder Maschinenseite ein Sauglüfter 10 bzw. 11 vorgesehen ist. In diesem Falle weist der Deckmantel 4 etwa in Maschinenmitte eine Öffnung 12 für den Kühllufteintritt auf.

Dem Sauglüfter 1 kann, wie schon oben erwähnt, ein Drucklüfter 13, wie Fig. 3 zeigt, auf der gegenüberliegenden Maschinenseite zugeordnet werden. Im übrigen sind die bereits angegebenen Merkmale auch in diesem Falle anwendbar.

Bei den Ausführungsbeispielen nach Fig. 1 bis 3 sitzen die Lüfter auf der Motorwelle. Es kann aber auch Fremdbelüftung gewählt werden, indem gemäss Fig. 4 der Lüfter 14 auf der Welle eines kleinen Hilfsmotors 15 sitzt, der an das Lagerschild der Maschine angeflanscht sein mag.

Diese Ausbildet bietet den Vorteil, dass die Kühlung der Maschine, gleichviel ob diese nach der einen oder der anderen Richtung umläuft, gleich wirksam ist, denn der Motor für Fremdbelüfter kann bei Drehrichtungswechsel der Maschine in der alten Richtung weiterlaufen. Infolgedessen ist ein lüftungstechnisch einwandfrei ausgebildeter Lüfter einbaubar, der z.B. eine Austrittsleitvorrichtung aufweisen kann. Die Fremdbelüftung führt somit zu lüftungstechnisch besserer Wirkung, insbesondere grösseren Druckhöhen.

Beim Ausführungsbeispiel nach Fig. 5 handelt es sich um einen Drehstrommotor mit Schleifringläufer. Bei diesem ist die unmittelbare Abfuhr eines möglichst grossen Teils der Wärmeverluste des Läufers über die Wickelkopfräume nach aussen noch wichtiger als bei Kurzschlussläufern, weil die Übertemperatur der Läuferwicklung bei Schleifringläufern durch die geltenden Vorschriften begrenzt ist.

Bei Anwendung der Erfindung auf einen derartigen Motor wird deshalb ein besonderer Innen-Kühlluftkreis vorgesehen, welcher durch geeignete Kühlmittel, die in den Kühlluftkanal des Sauglüfters eingelassen sind, die Wärme abführt. Es sind deshalb zwischen das Maschinengehäuse und den Deckmantel 4 Kühlrohre 16 eingesetzt, durch welche dieser Innenluftkreis hindurchführt. Da diese Kühlrohre im Luftstrom des Sauglüfters liegen, so kommt die verbesserte Kühlwirkung auch durch erhöhte Ableitung von Wärme aus dem Maschineninnern zur Geltung.

Anstelle von Rohrkühlern können selbstverständlich Wellblechkühler oder sonstige geeignete Kühlmittel treten. Diese Kühlmittel können zwischen die Rippen 3 eingelegt oder auf den Rippenspitzen angeordnet sein. In jedem Falle unterliegen die Kühlmittel der dauernden Beaufschlagung durch den Kühlluftstrom des Sauglüfters.

Beim Gleichstrommotor nach Fig. 6 ist ebenfalls ein Sauglüfter für die Kühlung vorgesehen. Da bei diesen Maschinen der grösste Teil der Verluste durch die Innenluft abgeführt werden muss, so sind in ähnlicher Weise wie bei dem oben beschriebenen Schleifringläufer Kühlmittel in den Kühlluftkanal zwischen Gehäuse und Deckmantel 4 eingelassen. Diese zweckmässig als Rohrkühler oder Wellblechkühler ausgebildeten Kühlmittel schliessen an zwei parallele Innenluftkreise an, welche die Kühlung im Maschineninnern bewirken. Es ist ein Kühlluftkreis für Kommutator und Anker und ein Kühlluftkreis für die Polwicklungen vorgesehen. Die Kreise sind durch eine durchlöcherte Scheibe 17 steuerbar. Der Umlauf der Kühlluft in diesen beiden Kreisen geschieht unter Wirkung des Innenlüfters 18.

Claims (7)

1. Einrichtung zur Kühlung elektrischer Maschinen mittels Lüfter, dadurch gekennzeichnet, dass die Kühlluft mittels eines Sauglüfters (1) am Maschinengehäuse entlanggeführt wird und diesem bzw. seinen Kühlrippen ein umgebender Deckmantel (4) vorgelagert ist.

2. Einrichtung nach Anspruch 1, insbesondere für Drehstrommotoren mit Kurzschlussläufer, dadurch gekennzeichnet, dass auf der Ansaugseite und auf der Lüfterseite je ein an den Deckmantel anschliessendes, am jeweiligen Lagerschild entlangführendes Leitmittel (5, 6) vorgesehen ist.

3. Einrichtung nach den Ansprüchen 1 und 2, gekennzeichnet durch innen- und aussenseitige Kühlrippen (7, 8) der Lagerschilde.

4. Einrichtung nach den Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, dass dem Sauglüfter an der Lufteintrittsstelle ein Drucklüfter (13, 14) zugeordnet ist.

5. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Maschine auf jeder Stirnseite mit einem Sauglüfter (10, 11) ausgerüstet und die Kühlluft in Maschinenmitte durch eine Deckmantelöffnung (12) eingeführt wird.

6. Einrichtung nach Anspruch 1, insbesondere für Drehstrommotoren mit Schleifringläufer, dadurch gekennzeichnet, dass in den von Maschinengehäuse und Deckmantel gebildeten Saugkanal Kühlmittel (16) eingelassen sind, welche in einen Innen-Kühlluftkreis eingeschaltet sind (Fig. 5).

7. Einrichtung nach Anspruch 1, insbesondere für Gleichstrommotoren, dadurch gekennzeichnet, dass in den von Maschinengehäuse und Deckmantel gebildeten Saugkanal zwei Leitungen (16) für zwei durch einen gemeinsamen Lüfter (18) erzeugte Innen-Kühlluftkreise für Kommutator und Anker einerseits und für die Polwicklungen andererseits eingelassen sind (Fig. 6).