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"Vorrichtung zum Abführen der Verlustwärme
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einer geschlossenen elektrischen Maschine Die Erfindung beziehtsich
auf eine Vorrichtung zum Abfahren der Verlustwärme einer geschlossenen elektrischen
Maschine, mit einem Wärmetauscher zwischen einem geschlossenen Kühlkreis zur Wämeaufnahme
aus der Maschine und einem offenen sekundären Kühikreis zur Wärmeabfuhr nach außen.
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Die Kühlung einer elektrischen Maschine, wie eines Blektromotors,
eines Transformators o.dgl. durch Abführen ihrer Verlustwärme ist bekanntermaßen
auf verschiedene Weisen durchführbar, wobei die Innenkühlung oder Durchzugsbelüftung
mittels Eigenlufter oder Gebläse die am meisten verwendete und wirkungsvollste Form
der Kühlung darstellt. Da hierbei die Maschine
jedoch nicht in geschlossener
Bauweise ausgefuhrt sein kann, sondern für die als Kühlluft durchgeblasene Außenluft
offen sein muß, ergibt sich zwangsweise der Nachteil einer verhältnismäßig niedrigen
Schutzart der Maschine, die sich lediglich auf einen Beruhrungsschutz gegen drehende
oder unter Spannung stehende Teile, einen Schutz gegen das Eindringen größerer Fremdkörper
sowie einen Tropfwasserschutz beschränkt.
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Dagegen ist es bei ungünstigen Umwelteinflüssen, wie aggresiven Gasen
und Dämpfen, Staub, Feuchtigkeit o.dgl. notwendig, geschlossene Maschinen einzusetzen.
In diesem Zusammenhang besteht die einfachste Art der Kühlung in einer Selbstkuhlung
durch Abstrahlung der Verlustwärme über die äußere Oberfläche der Maschine. Die
hierdurch erreichbare Kühlleistung ist jedoch verhältnismäßig gering, was eine sehr
nachteilige Beschränkung für die erzielbare Maschinenleistung darstellt. Wegen der
ausschließlich über die Oberfläche erfolgenden Abfuhr der Verlustwärme ergeben sich
insbesondere steigende Schwierigkeiten bei zunehmender Maschinengröße, was sich
beispielsweise bei einem Elektromotor dadurch erklärt, daß der für den Drehschub
maßgebende Rauminhalt des Elektromotors mit der dritten Potenz seiner Linearabmessung,
die für die Wärmeabführ maßgebliche Oberfläche dagegen nur quadratisch anwächst.
Dies hat zur Folge, daß beispielsweise bei einem geschlossenen Elektromotor mit
Selbstkiihlung im Vergleich zu einem gleichgroßen durchzugsbelüfteten Elektromotor
eine Leistung von höchstens 20 %
erreichbar ist. Zur Verbesserung
der Beistungsverhältnisse sind deshalb auch geschlossene Elektromotoren bekannt,
bei denen die Oberflächenkuhlung durch einen Eigenlüfter oder ein Gebläse unterstützt
wird. Eine Leistungssteigerung bis zu etwa 50 % auf der Grundlage des vorgenannten
Vergleichs nist aber nur erreichbar, wenn gleichzeitig die Motoroberfläche durch
Rippen u.dgl. wirksam vergrößert wird. Bei vollgeblechten Motoren ist jedoch eine
derartige Oberflächenvergrößerung recht aufwendig herzustellen.
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Als wesentlich wirkungsvoller erweist sich eine Vorrichtung der eingangs
genannten Art, die einen liJärmetauscher verwendet, der mit Hilfe eines offenen
sekundären Kühlkreises die in der Maschine entstandene und durch einen geschlossenen
primären Kühlkreis in den Wärmetauscher transportierte Verlustwärme beseitigt.
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Hierbei ist vor allem die Verwendung eines Luft-Luft-Wärmetauschers
mit Röhrenkühler bekannt, dessen aufwendige Konstruktion und Platzbedarf jedoch
von Nachteil ist.
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Demgegenüber liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, bei einer Vorrichtung
zum Abführen der Verlustwärme einer geschlossenen elektrischen Maschine der eingangs
genannten Art unter Vermeidung der vorerwähnten Nachteile den baulichen Aufwand
durch eine Vereinfachung des Wärmetauschers zu senken.
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Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch eine den Wärmetauscher
bildende, beidseits mit Kühl rippen versehene Trennwand zwischen dem primären und
dem sekundären Kuhlkreis, an deren von der entlanggeführten aufgehiezten Luft des
primären Kühl kreises bestrichene primärseitige Kühl rippen die Verlustwärme abgebbar
und an die von der entlanggeführten Kühlluft des sekundären Kühl--kreises bestrichenen
sekundärseitigen Kühl rippen ableitbar ist.
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Die erfindungsgemäße Vorrichtung vermeidet baulich aufwendige und
kostenträchtige Wärmetauscher, indem sie den durch (äs Temperaturgefälle zwischen
den durch die Verlustwärme aufgeheizten primärseitigen Kühl rippen und den durch
die Kühlluft des sekundären Kühl kreises gekühlten sekundärseitigen Kühl rippen
von selbst stattfindenden Wärmetransport ausnutzt. Die den Wärmetauscher bildende,
beidseits mit den Kühl rippen versehene Trennwand ist einfach und kostengünstig
herzustellen sowie in ihren Abmessungen auf die jeweils erforderliche Kühileistung
abstimmbar. Außerdem läßt sich dieser Wärmetauscher in einfacher Weise an jeder
vorgegebenen Maschine anbringen, ohne daß dabei bezüglich der Maschine selbst besondere
konstruktive Maßnahmen erforderlich sind.
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In einer bevorzugten Ausführungform der erfindungsgemäßen Vorrichtung
ist die Trennwand als Doppelrippenprofil ausgebildet.Hierdurch
wird
eine für viele Anwendungen geeignete, besonders einfache Formgebung des Wärmetauschers
und der damit verbundenen Kühlkreise ermöglicht. Die beiden Kühl kreise können in
diesem Zusammenhang im Bereich des Wärmetauschers einfach in Form eines rechteckigen
Kastens ausgebildet sein, der durch die in der Durchströmungsrichtung liegenden
Ebene der Trennwand in zwei Halbräume unterteilt ist.
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In diesem Zusammenhang sind die beiden Kühl rippen senkrecht zur Ebene
der Trennwand und parallel zur Richtung der sie bestreichenden Luftströme angeordnet,
wodurch ein für eine gute Kühlung vorteilhafter und gleichzeitig geometrisch sehr
einfacher Aufbau erhalten wird.
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Eine in baulicher Hinsicht besonders einfache Ausführungsfrom des
Wärmetauschers ergibt sich daraus, daß der Wärmetauscher durch zwei Rücken an Rücken
zusammengesetzte Rippenprofile gebildet ist. Es brauchen sodann die Kühl rippen
nicht in einem besonderen.
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Arbeitsgang an die Trennfläche angeschweißt oder in sonstiger Weise
befestigt zu werden, sondern der Wärmetauscher ergibt sich durch ein einfaches Zusammensetzen
der etwa aus Aluminium vorgefertigten Rippenprofile,wobei die von der Mittel ebene,
längs derer die beiden Rippenprofile Rücken an Rücken zusammengesetzt sind, nach
außen weisenden Profillamellen die Kühl rippen bilden.
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Im Rahmen der Erfindung ist auch ein auf den Außenmantel der elektrischen
Maschine aufgesatteltes, von der Trennwand zur Bildung des primären und sekundären
Kühikreises unterteiltes Gehäuse vorgesehen, innerhalb dessen die Luft des primären
und sekundären Kühl kreises dem Wärmetauscher mittels Lüftern zuführbar ist. Dieses
Gehäuse ist baulich einfach und läßt sich bei seiner Herstellung an jede beliebig
vorgegebene Form der zu kühlenden elektrischen Maschine anpassen, was die Anbringung
der erfindungsgemäßen Vorrichtung sehr erleichtert. Die in das Gehäuse eingebauten
Lüfter sorgen für eine der jeweils geforderten Kühlleistungen angemessene Durchstromung
des Wärmetauschers.
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Eine weitere vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung, durch die in
bpsonderer Weise den herrschenden Platzverhältnissen Rechnung getragen werden kann,
besteht darin, daß der Wärmetauscher entfernt von der Maschine angeordnet ist. Eine
derartige räumliche Auftrennung kann insbe-sondere durch die Gegebenheiten des Installationsortes
der elektrischen Maschine erforderlich sein.
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Schließlich ist es für eine volle Ausnutzung der Kühlleistung sehr
zweckmäßig, am Wärmetauscher die aufgeheizte Luft des primären Kühl kreises im Gegenstrom
zur Kühl luft des sekundären Kühlkreises zu führen.
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Weitere Merkmale, Einzelheiten und Vorteile der Erfindung ergeben
sich aus der folgenden Beschreibung zweier Ausführungsbeispiele sowie aus der Zeichnung.
Hierin zeigen Fig. 1 eine teilweise aufgeschnittene Seitenansicht eines Elektromotors
mit einer aufgesattelten Vorrichtung zum Abführen der Verlustwärme, Fig. 2 eine
Vorderansicht des Motors und der Vorrichtung von Fig. 1, Fig. 3 eine perspektivische
Teilansicht einer Ausführungsform des Warmetauschers der Vorrichtung zum Abführen
der Verlustwärme, Fig. 4 eine der Fig. 1 entsprechende Seitenansicht einer anderen
Ausführungsform, bei der der Wärmetauscher entfernt vom Motor angeordnet ist, und
Fig. 5 eine der Fig. 2 entsprechende Vorderansicht der Ausführungsform von Fig 4
Zur Erläuterung einer ersten Ausfuhrungsform einer Vorrichtung zum Abführen der
Verlustwärme einer geschlossenen elektrischen Maschine, nämlich eines Elektromotors
1, ist in Fig. 1 eine
Seitenansicht, in der eine Antriebswelle
2 des Elektromotors parallel zur Zeichenebene verläuft und in Fig.2 eine zuehörige
Vorderansicht, in der die Antriebswelle 2 senkrecht zur Zeichenebene verläuft, dargestellt.
Wie aus diesen beiden Figuren hervorgeht, ist auf den Außenmantel 3 des Elektromotors
ein Gehäuse 4 aufgesattelt.
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Dieses Gehäuse 4 ist durch eine Trennwand 5 in eine obere Kammer 6
und eine untere Kammer 7 unterteilt. Die untere Kammer 7 es sich über die gesamte
axiale Länge des Außenmantels 3 erstreckenden Gehäuses 4 steht dabei mittels eines
nahe der vorderen Stirnseite 8 des Außenmantels 3 gelegenen vorderen Luftführungsschachtes
9 sowie eines in der Nähe der hinteren Stirnseite 8' gelegenen hinteren Luftführungsschachtes
9 mit Kühlöffnungen 10 bzw. 10' des Außenmantels 3 luftdicht in Verbindung.
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Hierdurch wird ein geschlossener primärer Kühl kreis 11 gebildet,
in dem die im Elektromotor 1 aufgeheizte Luft durch die vordere Kühl öffnung 10
aus dem Elektromotor 1 austritt und durch den diese vordere Kühl öffnung 10 übergreif-enden
vorderen Luftführungsschacht 9 der unteren Kammer 7 zugeführt und durch diese hindurch
zum hinteren Luftführungsschacht 9 , der die hintere Kühlöffnung 10 umgreift, weitergeleitet
und schließlich durch die hintere Kühlöffnung 10' hindurch wieder dem Elektromotor
1
zugeführt wrd Ein im Bereich des hinteren Luftführungsschachtes
9' vo-rgesehener Lüfter 12 sorgt für die Aufrechterhaltung einer entsprechenden
Strömungsgeschwindigkeit der Luft im primären Kühlkreis 11.
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Im Unterschied zu der stirnseitig geschlossenen unteren Kammer 7 ist
die obere Kammer 6 an ihrer mit der vorderen Stirnseite 8 bzw. hinteren Stirnseite
8' des Außenmantels 3 des Elektromotors 1 etwa fluchtenden vorderen Stirnseite 13
bzw. hinteren Stirnseite 13' offen. Dabei ist an die hintereStirnseite T3' mittels
eines Zwischenstücks 14 ein Lüfter 15 angeschlossen, durch den als Kühl luft dienende
Außenluft durch die obere Kammer 6 hindurchgeblasen wird, so daß dieser Lüfter 15
zusammen mit der oberen Kammer 6 einen sekundären Kühikreis 16 bildet, der im Gegenstrom
zum primären Kühl kreis 11 geführt ist.
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Wie aus Fig.2 und insbesondere Fig.3 deutlich hervorgeht, ist die
Trennwand 5 als Wärmetauscher ausgebildet, indem sich beidseits von ihr Kühl rippen
erstrecken, wobei die in die untere Kammer 7 des Gehäuses 4 hineinragenden primärseitigen
Kühirippen 17 von der aufgeheizten Luft des primären Kühl kreises 11 bestrichen
werden und die dabei aufgenommene Verlustwärme durch Wärmeleitung an die in die
obere Kammer 6 hineinragenden sekundärseitigen Kühl rippen 18 weitertransportieren,
und somit den Abtransport der Verlsutwärme durch die die sekundärseitigen Kühlrippen
18 überstreichende Kühl luft des sekundären Kühl kreises 16
ermöglichen.
Bei der in Fig.3 dargestellten Ausführungsform erstrecken sich die Kühl rippen 17,
18 senkrecht zur Ebene der Trennwand 5 und parallel zur Richtung der sei bestreichenden
Luftströnie des primären und sekundären Kühlkreises 11 bzw. 16. Der in Fig. 3 dargestellte
Aufba-u wird besonders einfach dadurch hergestellt, daß zwei wie dargestellt geformte,
etwa aus Aluminium bestehende Rippenprofile 19, 19' mit ihren den Kühl rippen 17
bzw.
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18 entgegengecetzten ebenen Rücken 20 bzw. 20' gegeneinandergesetzt
werden. Bezüglich der Materialwahl ist festzustellen, Jjß jedes Material mit einer
guten WärmeleitFähigkeit geeignet ist, wobei beispielsweise Aluniinium geeignet
ist, einen sehr guten Wärmetransport zwischen den primärseitigen Kühl rippen 17
und den sekunddrseitigen Kühl rippen 18 infolge des zwischen ihnen bestehenden,
durch den primären und sekundären Kühl kreis 11 bzw. 16 aufrechterhaltenen Temperaturgefälles
herzustellen.
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Eine in den Figuren 4 und 5 dargestellte weitere Ausführungsform der
Vorrichtung unterscheidet sich von der n Fig. 1 und 2 dargestellten lediglich dadurch,
daß die Luftführungsschächte 9, 9' eine größere Länge aufweisen als diejenigen von
Fig.l und 2, so daß der durch die Trennwand 5 mit den Kühl rippen 17, 18 gebildete
Wärmetauscher in einem Abstand über dem Elektromotor 1 angeordnet ist. Im übrigen
gilt die im Zusammenhang mit den Figuren 1 bis 3 angegebene Beschreibung entsprechend,
wobei auch gleiche Bezugszeichen die gleichen Teile bezeichnen.