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Anwendungsbereich
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Die vorliegende Erfindung betrifft das Gebiet von rotierenden elektrischen Maschinen, insbesondere deren Gehäuse, Verkleidungen und Halterungen, insbesondere Gehäuse mit Vorkehrungen zum Schutz gegen das Eindringen von Fremdkörpern, beispielsweise Wasser oder Feststoffen, sowie zum Abfluss von Flüssigkeiten aus diesem Gehäuse.
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Einführung
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Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf einen Abflussstopfen mit Perimeterlabyrinth, der mit einem Kopf und einem Körper versehen ist wobei der Abflussstopfen im Übergangsbereich zwischen dem Kopf und dem Körper eine Durchgangsbohrung umfasst, wobei der Körper ferner mindestens einen Durchgangsringkanal und mindestens einen Gruppe von alternierenden Fluidleitungskanälen umfasst, die durch die Alternanz von Ringkanälen, Perimeterplattformen, Wänden und Öffnungen gebildet werden, wobei ein Stopfen vorgesehen ist, der das Innere von Gehäusen abfließen und gleichzeitig verhindern kann, dass Flüssigkeiten oder Schmutz in die Gehäuse eindringen.
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Die vorliegende Erfindung betrifft auch ein entsprechendes Gehäuse für eine rotierende elektrische Maschine.
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Grundlagen der Erfindung
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Rotierende elektrische Maschinen sind Geräte zur Umwandlung elektrischer Energie in mechanische Energie bei Motoren und umgekehrt bei Generatoren.
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Je nach Anwendung und Einsatzbedingungen können rotierende elektrische Maschinen in bestimmten Umgebungen installiert werden, die den Witterungsbedingungen und den normalen Bedingungen unterliegen, die durch außenliegende oder innenliegende Schwankungen oder Temperaturunterschiede entstehen.
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Äußere Bedingungen können Regen, Wind, Wasserstrahlen, Wasserwellen und dergleichen umfassen, während sowohl äußere als auch insbesondere innere Bedingungen durch die Bildung von Kondenswasser gekennzeichnet sind.
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Diese Bedingung erfordert eine fluidische Verbindung zwischen dem Inneren und Äußeren der Gehäuse, die das Abführen von kondensierter Feuchtigkeit oder von im Inneren angesammelten Flüssigkeiten ermöglicht, ohne jedoch das Eindringen von Flüssigkeiten von außen zuzulassen, was die elektrische und mechanische Sicherheit der rotierenden elektrischen Maschine gefährden würde, sowie der anderen innerhalb des Gehäuses angeordneten Geräte.
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Diese Forderung wird durch Abflüsse erfüllt, die sowohl die Evakuierung ermöglichen als auch das Eindringen von Flüssigkeiten in Gehäuse der hier behandelten Art verhindern.
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Die Abflüsse sind daher Teil der Gehäuse und müssen strenge spezifische Standards wie IEC60034-5 und IEC60529 und andere ähnliche Standards erfüllen, um Schutzklassen wie IP66 und ähnliches zu gewährleisten.
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Darüber hinaus müssen die Abflüsse auch so gebaut und beschaffen werden, dass sie nicht oxidieren, sich nicht über bestimmte Grenzen hinaus verformen und keine Partikel oder Fragmente freisetzen, die den Abfluss verhindern oder behindern können, sogar unter den widrigsten Bedingungen wie z B. Seeluft, Wasserstrahlen, die direkt gegen den Abfluss gerichtet sind, und andere ähnliche Situationen.
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Stand der Technik
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Im derzeitigen Stand der Technik gibt es mehrere Lösungen, die Abflüsse für die fluidische Verbindung zwischen der Innenseite und der Außenseite der Gehäuse von rotierenden elektrischen Maschinen und deren Zubehör versehen.
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Ein Beispiel ist das japanische Patentdokument Nr.
JP2012196102 , das eine Abflusslochstruktur für einen vollständig geschlossenen Motor offenbart und beschreibt, um das Eindringen von Wasser, Staub und dergleichen von außerhalb des Motors zu verringern. Der vollständig geschlossene Motor, für den diese Erfindung bestimmt ist, ist ein Motor des Typs mit einem Gehäuse, das mit einem Durchgangsloch versehen ist, wobei eine Buchse mit einer äußeren Umfangsfläche in das Durchgangsloch eingesteckt ist, die an einer inneren Umfangsfläche dieses Durchgangslochs angepasst werden soll. Die äußere Umfangsfläche der Buchse weist nichtlineare Rillen auf, die ein Abfließen von Wasser aus dem Motor nach außen ermöglichen und auch verhindern, dass Wasser, Staub und dergleichen durch die Schwerkraft in das Motorinnere eindringen.
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Der erste Nachteil der von
JP2012196102 vorgeschlagenen Lösung besteht darin, dass die Öffnung an den Stopfen angepasst werden muss, was Designanpassungen erfordert und die Anwendung dieser Lösung auf bestimmte Gehäuse beschränkt, wodurch die Einsatzmöglichkeiten in bestehenden Produkten verringert werden. Ein weiterer Nachteil besteht darin, dass das Wasser direkt in die Durchgangskanäle des Labyrinths geleitet wird, und zwar sowohl in Richtung nach außen als auch nach innen und insbesondere im Fall von Direktstrahlen, bei denen die Konstruktion eine begrenzte Geschwindigkeitsreduzierung und einen relativ kurzen Weg, den das Fluid zurücklegen muss, fördert.
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Eine andere Lösung des einschlägigen Standes der Technik ist diejenige, die durch das Dokument
US9083209 beschrieben ist, das eine Abflussstruktur für eine rotierende elektrische Maschine offenbart, die ein Gehäuse mit einem Durchgangsloch und einem Abflusselement zum Abfluss von Wasser aus dem Gehäuse umfasst. Das Abflusselement dieser Erfindung hat einen Befestigungsabschnitt, der Haken enthält, jeder mit einem proximalen Teil und einem distalen Teil. Der proximale Teil erstreckt sich in der Eindringungsrichtung des Durchgangslochs. Der distale Teil hat ein distales Ende, das ein Einsteckende bildet. Das Befestigungsteil wird in dem Durchgangsloch montiert, indem die Haken in das Durchgangsloch an den Einsteckenden eingesteckt werden. Die proximalen Teile der Haken haben die Flexibilität, sich während des Einsteckens der Haken in das Durchgangsloch in einer Biegerichtung senkrecht zur Eindringungsrichtung zu biegen. Jeder der Haken weist auch einen Vorsprung auf, der von der Außenfläche des proximalen Abschnitts in Richtung der Innenwand des Durchgangslochs vorsteht, um die Bewegung des Hakens relativ zum Durchgangsloch einzuschränken.
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Das Abflusselement aus
US9083209 weist einen relativ langen internen Leitungsweg für die Flüssigkeit sowie ein Auslassloch auf, das senkrecht zur Längsachse des Elements verläuft. Das Labyrinth ist jedoch praktisch nicht vorhanden, da der Innenteil nur eine außermittige Abschirmung aufweist, was in extremen Anwendungsfällen, wie z. B. Hochdruckwasserstrahlen, nicht ausreicht. Zusätzlich und nicht weniger nachteilig ist die Tatsache, dass der Körper des Abflusselements fast vollständig aus dem Gehäuse herausragt oder ausgesetzt ist, was Platz beansprucht und den Ablauf unnötig freilegt.
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Wie der obigen Beschreibung entnommen werden kann, besteht Raum und Bedarf für eine Abflusslösung für in Gehäusen angeordnete rotierende elektrische Maschinengruppen, die die Nachteile des Standes der Technik überwindet.
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Aufgaben der Erfindung
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Eine der Aufgaben der vorliegenden Erfindung besteht daher darin, einen Abflussstopfen gemäß den Merkmalen von Anspruch 1 des beigefügten Anspruchssatzes bereitzustellen.
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Eine der Aufgaben der vorliegenden Erfindung besteht daher darin, einen Abflussstopfen gemäß den Merkmalen von Anspruch 9 des beigefügten Anspruchssatzes bereitzustellen.
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Eine weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, ein entsprechendes Gehäuse für eine rotierende elektrische Maschine gemäß den Merkmalen von Ansprüche 10 und 11 der beigefügten Anspruchstabelle bereitzustellen.
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Andere Merkmale und Details von Merkmalen werden durch abhängige Ansprüche dargestellt.
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Figurenliste
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Für ein besseres Verständnis und eine bessere Veranschaulichung des Gegenstands der vorliegenden Erfindung wird dieser nun unter Bezugnahme auf die beigefügten Figuren beschrieben, die den technischen Effekt darstellen, der mittels einer beispielhaften Ausführung erhalten wird, die den Umfang der vorliegenden Erfindung nicht einschränkt, in denen schematisch:
- 1: zeigt eine anterolaterale perspektivische Ansicht eines erfindungsgemäßen Abflussstopfens;
- 2: zeigt den Abflussstopfen von 1 im Teilschnitt;
- 3: zeigt eine Seitenansicht eines erfindungsgemäßen Abflussstopfens;
- 4: zeigt eine Seitenansicht des A-A Schnitts von 3;
- 5: zeigt eine andere Seitenansicht des A-A Schnitts von 3; und
- 6: zeigt eine anterolaterale Perspektivansicht einer bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Abflussstopfens.
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Detaillierte Beschreibung der Erfindung
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Die vorliegende Erfindung betrifft einen Abflussstopfen mit Perimeterlabyrinth oder einfach Abflussstopfen (100) zur Verwendung in Gehäusen (I) von rotierenden elektrischen Maschinen, insbesondere in Öffnungen in einer oder mehreren ihrer Wände oder Grenzbereiche, die die rotierende elektrische Maschine von der Umgebung trennen, in der sie installiert ist.
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Der Abflussstopfen (100) umfasst im Wesentlichen einen Kopf (200) und einen Körper (300), wobei der Abflussstopfen (100) vorzugsweise in einem einzigen Körper gebildet ist, aber auch aus zwei oder mehr Teilen bestehen kann, je nach den Anwendungsbedingungen und den vorgesehenen Abmessungen.
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Der Abflussstopfen (100) umfasst im Übergangsbereich zwischen dem Kopf (200) und dem Körper (300) eine Durchgangsbohrung, wobei die Durchgangsbohrung daher einen Kopfteil (210) und einen Körperteil (310) benachbart und komplementär aufweist. Die Durchgangsbohrung (210, 310) kann verschiedene Geometrien aufweisen, vorzugsweise querverlaufend oder senkrecht zur Längsachse des Abflussstopfens (100).
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Der Kopf (200) umfasst dann mindestens ein Kopfteil (210) der Durchgangsbohrung, der vorzugsweise senkrecht zur Längsachse des Abflussstopfens (100) verläuft, zusätzlich zu mindestens einer Kontaktfläche (220), die vorzugsweise senkrecht zur Längsachse des Abflussstopfens (100) verläuft und eine äußere Ringebene senkrecht zur Längsachse des Abflussstopfens (100) bildet, die zur ringförmigen Abdichtung dient und auch als Anschlag wirkt, wenn der Abflussstopfens (100) in eine Öffnung eines Gehäuses (I) eingesteckt wird.
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Der Körper (300) weist andererseits mindestens einen Körperteil (310) der Durchgangsbohrung auf, vorzugsweise senkrecht zur Längsachse des Abflussstopfens (100), und umfasst außerdem eine oder mehrere Gruppen alternierenden Fluidleitungskanälen auf, die durch alternierende Ringkanäle (320, 340, 360, 380), Perimeterplattformen (330, 350, 370, 390), Wände (331, 351, 371) und Öffnungen (332, 352, 372, 382) gebildet sind.
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Die Gruppe von alternierenden Fluidleitungskanälen schließlich in Ablauföffnungen mündet, die durch die jeweiligen Kopf- (210) und Körperteile (310) der Durchgangsbohrung gebildet sind.
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Der Körper (300) weist im Bereich der Durchgangsbohrung (310) benachbarte geneigte Flächen (311) auf, die sich an einem oder mehreren Eckpunkten (312) treffen und als Abschirmung (311) für etwaige Flüssigkeitsstrahlen (J) dienen, die von außen gegen den Abflussstopfen (100) gerichtet sind.
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Diese Abschirmungen (311) bilden Drallzonen (313) zwischen sich selbst, der Kontaktfläche (220), dem Durchgangsringkanal (320), der Perimterplattform (330) und dem Gehäuse selbst (I).
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Diese Drallzonen (313) dienen dazu, die Geschwindigkeit des externen Fluids zu verringern, während der Eckelpunkt (312) eine Beschränkung für den Durchgang des externen Fluids bildet, wobei in diesem Bereich die Geschwindigkeit des durchfließenden Fluids erhöht wird und folglich der Druck verringert, wodurch die Aufwärtsbewegung des von außen kommenden Fluids verringert und sogar verhindert wird. Flüssigkeitsstrahlen (J), die gegen beide Seiten der Kopf- und Körperteile (210, 310) der Durchgangsbohrung gerichtet sind, können durch dieses oder durch den Durchgangsringkanal (320) ablaufen.
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Es ist daher zu beachten, dass Flüssigkeitsstrahlen, selbst wenn sie direkt gegen den Kopf (200) des Abflussstopfens (100) gerichtet sind, ihre Aufprallkraft erstens durch die Durchgangsbohrung in den Kopfteilen des Körpers (210, 310) und zweitens durch den Zirkulationsbereich, der durch den Durchgangsringkanal (320) gebildet wird, verringern, wodurch außerdem die Gefahr des Aufsteigens der Flüssigkeit in das Gehäuse (I) verringert wird.
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Der erfindungsgemäße Abflussstopfen (100) bietet somit einen doppelten Schutz gegen das unerwünschte Eindringen von Flüssigkeiten und Schmutz, ein technischer Effekt, der im Vergleich zum Stand der Technik unerreicht ist.
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Die Funktion des Flüssigkeitabflusses des Gehäuseinneren (I) wird hingegen dadurch erreicht, dass die Flüssigkeit durch die Schwerkraft durch die ersten Öffnungen (382) und dann durch die von den Ringkanälen (380) zwischen den Perimeterplattformen (390, 370) und den Wänden (371) bestimmten Wege fließt; dann durch die Öffnungen (372) und durch die von den Ringkanälen (360) bestimmten Wege zwischen den Perimeterplattformen (370, 350) und den Wänden (351) fließt; dann durch die Öffnungen (352) und die durch die Ringkanäle (340) bestimmten Wege zwischen den Perimeterplattformen (350, 330) und den Wänden (331); dann durch die Öffnungen (332) und den durch den Durchgangsringkanal (320) bestimmten Weg zwischen der Perimeterplattform (330) und der Kontaktfläche (220); und dann in die durch die Durchgangsbohrungen (210, 310) gebildeten Ablauföffnungen mündet und damit in die äußere Umgebung fließt. Es sei darauf hingewiesen, dass die Menge der hierin beschriebenen Elemente je nach Konstruktion, Bedingungen und Abmessungen des Abflussstopfens (100) variieren kann.
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Wie aus der vorliegenden Beschreibung entnommen werden kann, weist der Abflussstopfen (100) Elemente auf, die ein zweigängiges Labyrinth bilden, das ein einfaches und ungehindertes Ablaufen von Flüssigkeiten aus dem Inneren des Gehäuses (I) ermöglicht. Gleichzeitig weist der erfindungsgemäße Abflussstopfen (100) einen doppelten Schutz auf, der den Durchtritt von Flüssigkeiten auch unter hohem Druck in entgegengesetzter Richtung (in das Gehäuse (I)) verhindert.
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Der Abflussstopfen (100) ist vorzugsweise aus elastischem Material hergestellt, mit ausreichender Elastizität, um die Abdichtung zwischen seinen Kontaktflächen und der Öffnung des Gehäuses (I), für das er bestimmt ist, bereitzustellen, und kann aus einem einzigen Material, aus einem oder mehreren mehr Materialien, aus einem Material mit unterschiedlicher Dichte oder anderen geeigneten Zusammensetzungen und dergleichen bestehen.
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Es sei darauf hingewiesen, dass die Außendurchmesser der Perimeterplattformen (330, 350, 370, 390) alle kleiner sind als der Außendurchmesser des Kopfes (200) und vorzugsweise kleiner als der Durchmesser oder die Abmessung der Öffnung des Gehäuses (I), an dem der Abflussstopfen (100) montiert wird, vorzugsweise mit dem für die Bildung- und Dimensionsstabilisierung des Labyrinths erforderlichen Maßübermaß, das sowohl das Eindringen von Flüssigkeiten und Schmutz verhindert als auch den Abfluss des Inneren des Gehäuses (I).
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Weiterhin nehmen zur Erleichterung der Montage die Außendurchmesser der Perimeterplattformen in Einsteckrichtung des Abflussstopfens (100) in das Gehäuse (I) ab und zwecks besserer Abdichtung sind die Außendurchmesser (D330.350) der Perimeterplattformen (330, 350) sind gleich und daher wie oben größer als der Durchmesser (D370) der Perimeterplattform (370) und damit größer als der Durchmesser (D390) der Perimeterplattform (390) und, wie erwähnt, alle kleiner als der Durchmesser (D200) außerhalb des Kopfes (200), wodurch der Abflussstopfen (100) mit einer gewissen Verjüngung versehen wird, wobei die Montage des Abflussstopfens (100) mit Maßüberschneidung in Bezug auf die Abmessungen der Öffnung des Gehäuses (I), für die er bestimmt ist, erfolgen muss.
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Die Durchgangsbohrungen (210, 310) müssen so bemessen sein, dass die Gesamthöhe (H210+310) der durch beide Durchgangsbohrungen (210, 310) gebildeten Gruppe um 10 bis 60 %, vorzugsweise 45 % größer ist als ihre Breite (L). Die zwischen den Ringkanälen (320, 340, 360, 380) gebildeten ringförmigen oder perimetären oder umgebenden Kammern (C300) aufweisen zusammengenommen ein Volumen, das gleich oder größer als das Volumen der Kammer (C210+310) ist, die von den Kopf- und Körperteilen (210, 310) der Durchgangsbohrung gebildet wird.
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In einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist der Körper (300) zusätzlich zu den Wänden (331, 351, 371) mit einer oder mehreren zusätzlichen Wänden (321) versehen, die näher am Kopf (200) angeordnet sind, so dass mindestens ein Durchgangsringkanal (320) unterhalb der Perimeterplattform (330) fehlt, der von der Fläche (220) begrenzt wird.
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Diese bevorzugte Ausführungsform umfasst daher einen Kopf (200) und einen Körper (300) und eine Durchgangsbohrung im Übergangsbereich zwischen dem Kopf (200) und dem Körper (300) zusätzlich zu einem oder mehreren Gruppen von alternierenden Fluidleitungskanälen, gebildet durch alternierende Ringkanäle (340, 360, 380), Perimeterplattformen (330, 350, 370, 390), Wände (321, 331, 351, 371) und Öffnungen (332, 352, 372, 382).
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Schlussfolgerung
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Der Fachmann wird leicht verstehen, dass Modifikationen an der vorliegenden Erfindung vorgenommen werden können, ohne dabei von den in der obigen Beschreibung dargelegten Konzepten abzuweichen. Solche Modifikationen sind als in den Umfang der vorliegenden Erfindung fallend anzusehen. Dementsprechend sind die oben im Detail beschriebenen speziellen Ausführungsformen nur veranschaulichend und beispielhaft und beschränken den Schutzumfang der vorliegenden Erfindung nicht, der der volle Schutzumfang der beigefügten Ansprüche und aller Äquivalente davon gegeben sein muss.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- JP 2012196102 [0012, 0013]
- US 9083209 [0014, 0015]