Anordnung zur Führung des Kühlmediums an Schenkelpolläufern elektrischer-Maschinen Die Kühlung der Erregerwicklungen von Schen- kelpolläufern elektrischer Maschinen bereitet beson ders dann erhebliche Schwierigkeiten, wenn es sich um relativ lange Läufer handelt.
Der stirnseitig axial in die Pollücken eintretende Kühlmittelstrom wird durch die Rotation des Läufers schon vorzeitig vor Erreichen der Läufermitte 'in radiale Richtung um gelenkt und kann somit nicht mehr in genügender Weise die Wärme von der Läufermitte abführen. Sind die Erregerwicklungen in den Pollücken. gegen die Fliehkraft durch Wicklungsstützen gesichert, so ist die Wärmeabfuhr in der Läufermitte praktisch unmöglich geworden, da die Wicklungsstützen den axialen Kühlmitteldurchtritt unterbinden.
Die radial innenliegenden Teile der Erregerwicklungen werden ausserdem bei Rotation ebenfalls weniger als die radial aussenliegenden gekühlt. Insgesamt tritt also eine ungleichmässige Erwärmung im Läufer auf, wo durch die Leistung der Maschine zwangläufig sinkt.
Zur Beseitigung dieser Schwierigkeiten sind eine Reihe von Vorschlägen gemacht worden, die aber insgesamt gesehen das Problem nur ungenügend lösen. Bei einer bekannten Anordnung werden z. B. Segmente mit Schlitzen zum Kühlmitteldurchtritt vor geschlagen, die die Pollücken radial nach aussen ab decken. Der hierbei axial eintretende Kühlmittel strom kann jedoch nur bis zu den jeweiligen Wick lungsstützen durchtreten und muss dann durch die in den Segmenten vorhandenen Schlitze in radialer Rich tung aus den Pollücken heraustreten.
Auch werden bei dieser Anordnung selbst dann, wenn die Wick lungsstützen fehlen, die radial :innenliegenden Teile der Erregerwicklungen, besonders zur axialen Läufer mitte hin, wegen der auf das Kühlmittel wirkenden Zentrifugalkraft erheblich geringer gekühlt als die radial aussenliegenden. Bei einer anderen bekannten Anordnung werden V-förmige Bleche mit ihren Aussenkanten an die Erregerwicklungen angelehnt und der offene Teil der V-Form ganz oder teilweise durch ein Abdeckblech mit Schlitzen versteift.
Die so ausgeführte Anordnung bewirkt, dass einerseits die Erregerwicklungen gegen Zentrifugalkräfte nach Art der vorher erwähnten Wicklungsstützen gesichert sind, anderseits, dass das axial in die Pollücken eintretende Kühlmittel ungehindert bis zur Läufermitte hindurchtreten kann.
Da aber aus Fertigungsgründen die V-förmigen Bleche niemals satt und auch nur indirekt über Isoliermaterial an den Erregerwicklungen anliegen können, insoweit also die Wärmeübergangszahl rela tiv gering wird, ist die Kühlwirkung ebenfalls noch unbefriedigend.
Bei einer weiteren bekannten Anordnung wird die Läuferwelle hohl ausgebildet und der axial ge richtete Kühlmittelstrom stirnseitig in. den Hohlraum hineingeführt. Von diesem Hohlraum tritt der Kühl mittelstrom durch radiale Bohrungen in die Pollücken über und kann dann so direkt - an den Erreger- wicklungen vorbeistreichend - die Wärme abführen. Jedoch bedeutet diese Ausbildung einen erheblichen Bauaufwand für die gesamte Maschine, da durch die Hohlwelle der Läufer ja mechanisch zunächst einmal erheblich geschwächt wird.
Bei allen diesen bekannten Anordnungen ist es ausserdem nicht möglich, die Oberfläche der Erreger wicklung zur besseren Wärmeabfuhr durch beispiels weise Verrippung zu vergrössern und an der so ver- rippten Oberfläche dann das Kühlmittel direkt vor- beizuführen.
Aufgabe der Erfindung ist es, eine Anordnung zur Führung des Kühlmittels bei Schenkelpolläufern so zu treffen, dass, auch bei langen Läufern, die elektrische Maschine symmetrisch gekühlt wird, wo bei der konstruktive Aufwand hierfür in engen Gren zen gehalten werden soll. Insbesondere soll auch die mechanische Festigkeit des Läufers und die Halte rung der an diesem angeordneten Erregerwicklungen durch einfache konstruktive Merkmale ausreichend sein.
Gegenstand der Erfindung ist .eine Anordnung zur Führung des Kühlmittels an Schenkelpolläufern elektrischer Maschinen, bei denen das in axialer Richtung in die Pollücken eintretende Kühlmittel anschliessend unter Umlenkung seiner Strömungsrich tung radial nach aussen in den Ständer übertritt, wobei die Erregerwicklungen in den Pollücken gegen Fliehkraftbeanspruchung durch Wicklungsstützen ge sichert sind.
Erfindungsgemäss sind die Pollücken zwischen den beiden jeweils in ihnen angeordneten Teilen der Erregerwicklung und der Läuferwelle mit je einem axial durchgehenden Kühlkanal ausge bildet, wobei zwischen den beiden radial nach innen gerichteten und einander zugekehrten Teilen der Erregerwicklungen Kühlmittelführungssegmente mit Schlitzen angeordnet sind.
Ein so ausgebildeter Läufer wirkt, zusammen mit dem stirnseitig angebrachten Axiallüfter, wie zwei in Serie geschaltete Lüfter, wobei das Kühl mittel wegen der vorwiegend glatten Führung einen nur relativ kleinen Strömungswiderstand zu über winden hat. Dadurch gelangt es noch in; genügender Menge bis zur Läufermitte, kann also auch hier die Wärme ausreichend abführen.
Da durch die Schlitze in den Kühlmittelführungs- segmenten das Kühlmittel am radial innenliegenden Teil der Erregerwicklungen zuerst vorbeistreicht, wird die hier auftretende Erwärmung einwandfrei abgeführt. In einer Weiterbildung des Gegenstandes der Erfindung werden die K'ühlmittelführungsseg- mente radial nach aussen aufgewölbt, die Schlitze verbleiben jedoch nahe am inneren Teil der Erreger wicklungen. Hierdurch wird erreicht, dass das Kühl medium auch an den aussenliegenden Teilen der Erregerwicklung innig vorbeistreicht, die Wärme dementsprechend auch hier gut abführen kann.
Die vorhandenen Wicklungsstützen bilden kein Hindernis für den Kühlmittelstrom, wenn die axial durchgehenden Kühlkanäle radial unterhalb derselben angeordnet sind. Eine noch bessere Führung des Kühlmediums wird - in Weiterbildung des Gegen standes der Erfindung - erreicht, wenn man den genannten Kühlkanal zur Läufermitte hin mit stetig geringer werdendem Querschnitt, entsprechend der nach hier geringer werdenden Menge des Kühlme diums, ausbildet.
Handelt es sich um einen Rillen- läufer, also einen solchen, bei welchem die Pole kammartig in Rillen befestigt sind, so wird man ebenfalls nach einer Weiterbildung des Erfindungs gegenstandes - die an den Rillen auftretende Ver- wirbelung des Kühlmittels durch Abdeckbleche ver hindern.
Die Erfindung wird an Hand der Zeichnung beispielsweise beschrieben, in welcher Fig. 1 einen radialen Schnitt durch einen Teil eines Schenkelpolläufers darstellt, Fig. 2 einen achsparallelen Schnitt durch einen ebensolchen, Fig. 3 eine Draufsicht auf ein Kühlmittelfüh- rung-ssegment und Fig. 4 und 5 verschiedene Querschnitte durch aufgewölbte Kühlmittelführungssegmente, Fig. 6 - als Weiterbildung des Gegenstandes der Erfindung - eine indirekte Halterung der Wick lungsstütze am Läufer.
In den Fig. 1 und 2 ist radial innerhalb des Ständers 1 der Schenkelpolläufer 10 mit den Polen 11 angeordnet. An den Polen 11 befinden sich die Erregerwicklungen 3, wobei zwischen diesen in der Pollücke 2 die Wicklungsstützen 4 die Halterung gegen Fliehkraftbeanspruchung bewirken. Zwischen den beiden jeweiligen in der Pollücke angeordneten Teilen der Erregerwicklungen 3 und der Läuferwelle 12 befindet sich der axial durchgehende Kühlkanal 13, welcher radial nach aussen durch die beiden genannten Teile der Erregerwicklungen 3 und durch ein Kühlmittelführungssegment 14 begrenzt ist.
Letz teres ist mit Schlitzen 15 ausgebildet, durch welche das Kühlmittel hindurchtritt und, an den Erreger wicklungen 3 vorbeistreichend, von diesen die Wärme abführt. Ein Teil des Kühlmittels tritt in an sich bekannter Weise durch die zwischen den Erreger wicklungen 3 und den Schenkeln der Pole 11 ange ordneten Kanäle 8 hindurch.
Da es sich bei dem Ausführungsbeispiel um einen Rillenläufer handelt, sind die Rillen 16 durch ein Abdeckblech 5 abgedeckt, wobei dieses - in Fig. 2 von rechts nach links ansteigend angeordnet ist und so eine stetige Verengung des Querschnitts des Kühl- kanals 13 zur Läufermitte hin bewirkt. Hierdurch wird erreicht, dass im Gegensatz zu einer Ausbildung mit gleichbleibendem Querschnitt im Bereich der Läufermitte für das Kühlmittel keine Ablösungser scheinungen und damit Verwirbelungen durch dessen hier sonst auftretenden Druckverlust hervorgerufen werden.
Um einen einwandfreien und nicht verwirbelten stirnseitigen Eintritt des vom Lüfter 6 erzeugten Kühlmittels zu erreichen, ist am Anfang des Kühl kanals 13 ein radial nach aussen abgebogenes Füh rungsstück 9 angeordnet. Bei relativ (in axialer Rich tung) langen Wicklungsstützen 4 werden diese mit an sich bekannten radialen Schlitzen 7 ausgebildet, durch welche ebenfalls das Kühlmedium hindurch treten kann.
In Fig. 3 sind die Schlitze 15 so angeordnet, dass sie bei eingebautem Kühlmittelführungssegment 14 nahe dem inneren Teil der (in den Fig. 1 bis 3 dargestellten) Erregerwicklungen 3 liegen. Nach einem weiteren Vorschlag wird man das Kühlmittel führungssegment 14 im Bereich zwischen den Linien 18, 19 aufwölben. Hierdurch wird der Kühlmittel- Strom gezwungen, nicht im mittleren Teil der Pol lücke radial nach aussen zu treten, sondern im äu sseren Teil und innig an den Erregerwicklungen 3 vorbeistreichend. Die hierdurch auftretende Quer schnittserhöhung bedingt gleichzeitig eine erwünschte Geschwindigkeitserhöhung für den Kühlmittelstrom.
Beispiele für derartige Aufwölbungen sind in Fig. 4 und 5 angegeben. Die durch diese Rufwöl bungen erzwungene Führung des Luftstromes ergibt sich aus den eingezeichneten Pfeilen. Ist die Pollücke sehr breit, so wird man - wie in Fig. 5 gezeigt - meh rere Rufwölbungen des Kühlmittelführungssegmentes 14 (in diesem Falle zwei) anordnen, wobei zweck mässigerweise zusätzlich Versteifungsrippen 17 vor gesehen sind.
Eine gemäss den Figuren ausgebildete Anordnung zur Führung des Kühlmittels bewirkt eine gleich mässige Wärmeabfuhr von den Erregerwicklungen 3, wodurch eine höhere Ausnutzung und damit zu sammenhängend eine Einsparung an Leitermaterial ermöglicht wird. Darüber hinaus wird durch den über die ganze Läuferlänge gleichmässig auftretenden und in den Ständer 1 übertretenden Kühlmittelstrom auch eine gute und gleichmässige Kühlung des letz teren erreicht.
Da die gegenüber den bekannten Anordnungen verminderte Verwirbelung des Kühlmediums bei gleicher Lüfterleistung dessen höhere Strömungsge schwindigkeit zur Folge hat, ausserdem durch die Rufwölbung des Kühlmittelführungssegmentes 14 eine im wesentlichen quer, also in Umfangsrichtung, gerichtete Anströmung der Erregerwicklungen 3 er reicht wird, erhöht sich die Wärmeübergangszahl wesentlich.
Die Befestigung der Kühlmttelführungs- segmente 14 ist in sehr einfacher Weise durchführ bar, zumal sie durch eine relativ weit innerhalb des Läufers liegende Anordnung durch Zentrifugalkräfte ausserordentlich gering belastet werden.
Bildet man die Kühlmittelführungssegmente 14 gemäss Fig. 5 mit Versteifungsrippen 17 aus, so können die Distanzstücke 4 ganz oder teilweie ein gespart werden. Der von dem Lüfter 6 austretende Kühlmittelstrom wird durch die Führungsbleche 9 in gewünschter Weise geteilt.
In Fig. 6 ist gezeigt, wie der in der Wicklungs stütze 4 angeordnete Befestigungsbolzen 21 nicht wie beispielsweise in Fig. 2 angedeutet in der Welle 12 eingeschraubt ist, sondern in der axial durch gehenden Leiste 20. Diese Leiste 20 ist fest mit dem Kühlmittelführungssegment 14 verbunden, welches radial von innen an den Erregerwicklungen 3 anliegt. Wird die Schraubenmutter am Befestigungs bolzen 21 angezogen, so legt .sich die Wicklungs stütze 4 mit ihren Flächen 22 eng an die Erreger wicklung 3 an, ebenso das Kühlmittelführungsseg- ment 14 mit seinen Flächen 23.
Hierdurch wird eine feste Halterung der genannten Bauteile aneinander erreicht, mit dem Vorteil, !dass der Bolzen 21 nicht mehr in den Kühlkanal 13 hineinragt. Somit ist insoweit im Kühlkanal auch kein Hindernis mehr für das Kühlmittel vorhanden; letzteres kann also unverwirbelt durch die Schlitze 15 hindürchtreten. Zweckmässig ist es ausserdem, die Leiste 20 - wie aus Fig. 2 ersichtlich - zum stirnseitigen Läuferende hin im Bereich der Stelle 24 strömungsgünstig aus zubilden.