DE647316C

DE647316C - Equipment on electrical machines to secure the bearings against inadmissible heating

Info

Publication number: DE647316C
Application number: DES117881D
Authority: DE
Inventors: Dipl-Ing Dr-Ing Karl Waimann; Siegfried Voll
Original assignee: Siemens Schuckertwerke AG; Siemens AG
Current assignee: Siemens Schuckertwerke AG; Siemens AG
Priority date: 1935-04-10
Filing date: 1935-04-10
Publication date: 1937-07-01

Description

Die Erfindung bezieht sich auf elektrische Maschinen, die im Läufer einer höheren Erwärmung ausgesetzt sind, beispielsweise mit einer hitzebeständigen Wicklung versehen S sind, so daß die Läufertemperatur verhältnismäßig hohe Werte erreicht, beispielsweise 200 bis 250° C.The invention relates to electrical machines that are subject to higher heating in the rotor are exposed, for example provided with a heat-resistant winding S, so that the rotor temperature is relatively reaches high values, for example 200 to 250 ° C.

In derartigen Fällen entstehen nun erhebliche Schwierigkeiten dadurch, daß die Lager den auftretenden Temperaturen der Maschine nicht mehr ohne weiteres gewachsen sind, weil von dem Läufer der Maschine die Lager infolge Wärmeleitung stark erwärmt werden.In such cases there are now considerable difficulties in that the bearings are no longer easily able to cope with the occurring temperatures of the machine, because the bearings are strongly heated by the rotor of the machine as a result of thermal conduction.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die angeführten Nachteile zu vermeiden. Erfindungsgemäß werden die einer stärkeren Erwärmung unterworfenen aktiven Läuferteile durch in Flansche o. dgl. endigende Wärmebrücken aus einem Material hoher Wärmeleitfähigkeit, insbesondere Aluminium, mit dem die Wärme an die Außenluft abgebenden Maschinengehäuse verbunden, das sich mit Flanschteilen über eine größere Länge unter Belassung eines Luftspaltes an die Flanschteile /des Läufers anschmiegt. Das Maschinengehäuse wird am besten mit Kühlrippen o. dgl. versehen; man erhält dadurch den Vorteil, daß ein erheblicher Teil der Verlustwärme des Läufers über die Wärmebrücken in das Maschinengehäuse unter Umgehung der Lager an die Außenluft abgegeben wird.The invention is based on the object of avoiding the disadvantages mentioned. According to the invention the active rotor parts, which are subject to greater heating, are caused by thermal bridges ending in flanges or the like Made of a material of high thermal conductivity, in particular aluminum, with which the heat is emitted to the outside air Machine housing connected, which is with flange parts over a greater length under Leaving an air gap snugly against the flange parts / the rotor. The machine housing is best provided with cooling fins or the like; this gives the advantage that a considerable part of the heat loss of the rotor over the thermal bridges into the machine housing, bypassing the warehouse is released into the outside air.

Dadurch wird die Betriebssicherheit und Lebensdauer der Maschinenlager wesentlich erhöht. This significantly increases the operational safety and service life of the machine bearings.

Eine weitere Verbesserung derartiger Maschinen besteht darin, daß außerdem die Welle der Maschine im Bereiche der Lager in zusätzlicher Weise durch ein Kühlmittel gekühlt wird. Diese zusätzliche Wellenkühlung kann in der Weise erfolgen, daß ein flüssiges Kühlmittel durch die Welle an der Lagerstelle hindurchgeführt wird. Weiter ist eine zusätzliche Wellenkühlung in der Weise möglich, daß an der Welle selbst Wärmeaustauschelemente vorgesehen werden, mit denen ein Kühlmittelstrom oder eine Kühlflüssigkeit in Berührung gebracht wird.Another improvement of such machines is that also the The shaft of the machine is additionally cooled by a coolant in the area of the bearings will. This additional shaft cooling can be done in such a way that a liquid Coolant is passed through the shaft at the bearing point. Next is one additional shaft cooling possible in such a way that heat exchange elements on the shaft itself be provided, with which a coolant flow or a coolant is brought into contact.

Im folgenden soll die Erfindung näher an Hand eines Ausführungsbeispiels erläutert werden. .In the following, the invention will be explained in more detail using an exemplary embodiment will. .

In der Fig. 1 bedeutet 1 das Ständergehäuse der Maschine, 2 das Ständerblechpaket, das mit der hitzebeständig isolierten Wicklung 3 versehen ist. Der Läufer 4 ist als Kurzschlußläufer ausgebildet, dessen Wicklung 5 entweder blank oder unter Zwischenschaltung einer hitzebeständigen Isolierung in den Läufernuten liegt. Das Läufereisenpaket 6 sitzt auf einem Tragring 7, der durch schmale, ringförmige Wandteile 8 mit der Welle 9 der Maschine verbunden ist, die einerseits mit dem Tragkörper 7, andererseitsIn Fig. 1, 1 denotes the stator housing of the machine, 2 the stator core, which is provided with the heat-resistant insulated winding 3. Runner 4 is designed as a squirrel cage whose winding 5 is either bare or with the interposition heat-resistant insulation in the rotor slots. The runner's iron package 6 sits on a support ring 7 which is connected by narrow, annular wall parts 8 to the shaft 9 of the machine, the on the one hand with the support body 7, on the other hand

. *) Von dem Patentsucher sind als die Erfinder angegeben worden: Dipl.-Ing. Dr.-Ing. Karl Waimann und Siegfried Voll in Nürnberg. . *) The patent seeker stated that the inventors were: Dipl.-Ing. Dr.-Ing. Karl Waimann and Siegfried Voll in Nuremberg.

mit der Welle 9 verschweißt sind. Die Welle 9 ist in den beiden Maschinenlagern 10 und 11 gelagert, welche als Rollenlager ausgebildet sind.are welded to the shaft 9. The shaft 9 is in the two machine bearings 10 and 11 mounted, which are designed as roller bearings.

Erfindungsgemäß sind, um eine stärker^ Erwärmung der Lager zu vermeiden, welch' den Betrieb gefährden könnte, Wärmebrückefi vorgesehen, welche das Läufereisenpaket 6 mit dem Gehäusemantel 1 der Maschine verbinden, von dem die Verlustwärme der Maschine an die Außenluft abgegeben wird. Diese Wärmebrücken werden einerseits durch die Flanschringe 13 gebildet, welche an der Stirnseite des Läufereisenpaketes angesetzt sind, andererseits durch die Flanschen 14, die mit dem Gehäuse der Maschine bzw. den Stirndeckeln des letzteren verbunden sind. Die Flanschteile 14 des Gehäuses umgeben dabei die Flanschringe 13 mit sehr geringem ao Spiel. Die die Wärmebrücken bildenden Teile erhalten einen verhältnismäßig kräftigen Querschnitt und werden vorzugsweise aus einem die Wärme gut leitendem Material, wie z. B. Aluminium oder Kupfer, hergestellt. Die Anwendung der Wärmebrücken ermöglicht es, daß die im Läufer entstehende Verlustwärme im wesentlichen an das Ständergehäuse übertragen wird, dagegen die an die Welle und das Lager übergehende Wärme menge nur gering bleibt. Diese Wirkung kann dadurch sehr wesentlich verstärkt werden, daß der Wärmeübergang von dem Blechpaket 6 auf den Tragkörper 7, die Wandteile 8 und die Welle 9 nach Möglichkeit verschlechtert wird. Beispielsweise kann dies dadurch geschehen, daß das Läuferblechpaket nur auf Rippen des Tragringes 7 abgestützt wird, so daß nur verhältnismäßig kleine Obertrittsflächen für die Wärme zur Verfügung stehen. Weiter kann der Wärmeübergang zwischen dem Läuferblechpaket und der Welle dadurch verschlechtert werden, daß die den Tragkörper 7 mit der Welle verbindenden Wandteile einen kleinen Querschnitt erhalten oder eine Wärmeisolierung vorgesehen wird. Unter Umständen kann die Einrichtung nach der Erfindung dadurch verbessert werden, daß eine zusätzliche Kühlung der Welle wenigstens im Bereiche des Lagers vorgesehen wird. Diese Kühlung kann, wie auf der linken Seite der Zeichnung dargestellt ist, mit Hilfe von auf die Welle aufgesetzten Kühlscheiben 20 erzielt werden, welche in einem λόιι Flüssigkeit 21 durchströmten, innerhalb des Maschinengehäuses liegenden Kühlbehälter 22 eintauchen.According to the invention, in order to avoid a stronger ^ heating of the bearings, which ' could endanger the operation, thermal bridges are provided which the rotor core 6 Connect to the housing shell 1 of the machine, from which the heat loss of the machine is released into the outside air. These thermal bridges are formed on the one hand by the flange rings 13, which on the Front side of the rotor core are attached, on the other hand by the flanges 14, which are connected to the housing of the machine or the end covers of the latter. The flange parts 14 of the housing surround the flange rings 13 with very little ao game. The parts forming the thermal bridges get a relatively strong one Cross-section and are preferably made of a material that conducts heat well, such as. B. aluminum or copper. The use of thermal bridges makes it possible to reduce the heat loss that occurs in the runner is essentially transmitted to the stator housing, on the other hand to the The amount of heat transferred to the shaft and the bearing remains small. This effect can be increased very significantly by that the heat transfer from the laminated core 6 to the support body 7, the wall parts 8 and the shaft 9 deteriorates if possible will. For example, this can be done in that the laminated rotor core is supported only on ribs of the support ring 7 is, so that only relatively small surface areas for the heat are available stand. Furthermore, the heat transfer between the laminated rotor core and the shaft can be impaired in that the the support body 7 with the shaft connecting wall parts obtained a small cross-section or thermal insulation is provided. Under certain circumstances, the device according to the invention can be improved by that an additional cooling of the shaft is provided at least in the area of the bearing will. This cooling can, as shown on the left side of the drawing, can be achieved with the aid of cooling disks 20 placed on the shaft, which in a λόιι liquid 21 flowed through, within Immerse the cooling container 22 lying in the machine housing.

Statt die Kühlscheiben durch eine Flüssigkeit zu kühlen, kann auch eine Luftkühlung vorgesehen werden, welche beispielsweise derart ausgebildet ist, daß durch einen gegebenenfalls von der Welle angetriebenen Lüfter ein Kühlluftstrom an den Kühlscheiben λ-orbeigesaugt wird.Instead of cooling the cooling disks with a liquid, air cooling can also be used are provided, which is designed, for example, so that by a possibly a flow of cooling air is sucked in at the cooling disks by the fan driven by the shaft.

Weiter kann die Sicherung einer besonders niedrigen Lagertemperatur dadurch erzielt "^ffcjden, daß die Welle wenigstens im Be-Furthermore, a particularly low storage temperature can be ensured in this way "^ ffcjden that the wave at least

ijhe der Lager als Hohlwelle ausgeführt *>rifd und eine Kühlflüssigkeit, z. B. öl oder Wasser, durch die Welle hindurchgeführt wird.ijhe the bearings are designed as a hollow shaft *> rifd and a coolant, e.g. B. oil or Water through which shaft is passed.

In einfachster Weise kann die Lagerkühlung dabei so ausgeführt werden, daß in die Hohlwelle ein Rohrkanal als Zuleitung eingeführt ist, durch den die Flüssigkeit in die Welle hineinströmt.In the simplest way, the bearing cooling can be carried out so that in the Hollow shaft a pipe channel is introduced as a supply line through which the liquid in the Wave flows into it.

Das den Zuführungskanal bildende Rohr für die Kühlflüssigkeit kann feststehend angeordnet sein. Diese Anordnung ergibt den Vorteil, daß nur eine einfache Abdichtung der rotierenden Welle erforderlich ist, während das feststehende Zuleitungsrolir besonders einfach in dem feststehenden Lagergehäuse befestigt werden kann.The tube for the cooling liquid which forms the supply channel can be arranged in a stationary manner be. This arrangement has the advantage that only a simple sealing of the rotating shaft is required while the fixed supply roller blind particularly simple in the fixed bearing housing can be attached.

Wird eine Kühlung der Lager durch die Hohlwelle nur im Bereich der Lager selbst vorgesehen, so ergibt sich, daß nur eine außerordentlich geringe Kühlflüssigkeitsmenge erforderlich ist. Die Kühlflüssigkeitsmenge für die Lagerkühlung kann entweder einer Wasserleitung, einem Ölbehälter o. dgl. 9" entnommen und von außen in die Maschine eingeführt werden. Statt dessen ist es aber auch möglich, die Kühlflüssigkeit beispielsweise innerhalb des Lagergehäuses umlaufen zu lassen, wobei die Rückkühlung an der Lageraußenfläche erfolgt. Zu diesem Zwecke kann diese vergrößert mit Kühlrippen, Kühlschuppen o. dgl. versehen sein.If the hollow shaft only cools the bearings in the area of the bearings themselves provided, it follows that only an extremely small amount of coolant is required. The amount of coolant for cooling the bearing can either be a water pipe, an oil tank or the like. 9 " removed and inserted into the machine from the outside. Instead it is also possible, for example, to circulate the cooling liquid within the bearing housing to leave, with the re-cooling takes place on the outer surface of the bearing. To this end this can be enlarged with cooling fins, cooling sheds or the like.

Weitere Einzelheiten der beschriebenen Anordnung können selbstverständlich abge- too ändert werden. Beispielsweise können die Kurzschlußringe 25 des Läufers derart — es wird dazu auf die linke Seite der Zeichnung verwiesen — großflächig ausgebildet und angeordnet werden, daß sie den mit dem Gehäuse verbundenen Flanschteil 14 auf der dem Flansch 13 gegenüberliegenden Seite weitgehend bedecken. Auf diese Weise kann der Wärmeübergang von der Läuferwicklung auf das Maschinengehäuse wesentlich verbessert werden.Further details of the arrangement described can of course also be removed will be changed. For example, the short-circuit rings 25 of the rotor can - es reference is made to the left-hand side of the drawing - designed and arranged over a large area be that they are connected to the housing flange 14 on the Cover the opposite side of the flange 13 as far as possible. In this way, the Heat transfer from the rotor winding to the machine housing is significantly improved will.

Weiter kann die beschriebene Einrichtung noch in der Weise vervollkommnet werden, daß in dem Spalt zwischen dem Flansch 14 und gegebenenfalls dem Kurzschlußring 5 inerseits sowie dem Fiatischteil 13 andererseits Mittel vorgesehen sind, welche eine Verbesserung des Wärmeübergangs von den Läuferteilen auf den Flanschteil 14 ermöglichen. Beispielsweise können zu diesem iao Zwecke Bürsten aus Kohle, Kupfer o. dgl. 1 'orgeseheii sein, die mit dem einen der ge-Furthermore, the device described can be perfected in such a way that that in the gap between the flange 14 and optionally the short-circuit ring 5 on the other hand as well as the Fiatischteil 13 means are provided which a Enabling improvement of the heat transfer from the rotor parts to the flange part 14. For example, brushes made of carbon, copper or the like can be used for this general purpose 'to be organized with one of the

genüberliegenden Teile verbunden sind und an dem anderen Teil gleiten.opposite parts are connected and slide on the other part.

In Fig. 2 der Zeichnung ist schematisch eine derartige Anordnung dargestellt. 13 ist der Flanschring. Auf dem Flanschring sind federnde Kontaktbürsten 23 befestigt, welche in Nuten 25 eingelassen sind und deren federnde Teile 24 an dem Flansch 14 anliegen. Such an arrangement is shown schematically in FIG. 2 of the drawing. 13 is the flange ring. Resilient contact brushes 23 are attached to the flange ring, which are embedded in grooves 25 and the resilient parts 24 of which bear against the flange 14.

Weiter kann die beschriebene Einrichtung noch in der Weise verbessert werden, daß zwischen dem erwärmten Läufereisenteil und der Welle wärmeisolierende Teile eingeschaltet werden.Furthermore, the device described can be improved in such a way that heat insulating parts switched between the heated rotor iron part and the shaft will.

Claims

Patent claims: -

1. Equipment on electrical machines to secure the bearings against impermissible Heating, characterized in that the rotor (4) subjected to greater heating by in Flanges (13) or the like ending thermal bridges made of a material of high thermal conductivity, in particular aluminum, connected to the machine housing (1) that emits the heat to the outside air is that with flange parts (14) o. The like. Over a greater length while leaving an air gap clings to the flange parts of the rotor.

2. Device according to claim 1 for squirrel cage motors, characterized in that that the short-circuit rings (5) are formed over a large area and with the housing (1) of the machine connected flange parts (14) with little Surround game.

3. Device according to claim 1, characterized in that the narrow Air gaps between the flange parts (13, 14) or the like by special means, for example contact brushes are bridged.

4. Device according to claim 1, characterized in that in addition to the Thermal bridges, additional shaft cooling is provided in the area of the bearings.

5. Device according to claim 4, characterized characterized in that the shaft cooling by cooling elements, for. B. on the Shaft attached disks (20) is achieved, which are immersed in a cooling liquid (21) or are surrounded by a flow of coolant.

6. Device according to claim 4, characterized in that the shaft (9) a liquid coolant flows through it in the area of the bearings (10, 11).

7. Device according to claim 4, characterized in that the hollow shaft (9) in the area of the bearings, the coolant is supplied through a stationary pipe part located in the hollow shaft will.

8. Device according to claim 1, characterized in that the heat transfer from the active rotor part (6) to the bearings (10, 11) by reducing the cross-sections of the metallic connecting parts between the active rotor part and the shaft or by insertion of heat insulating members (8) is deteriorated.

1 sheet of drawings