DE1488655C - Schleifnnganordnung fur elektrische Maschinen - Google Patents

Description

zur Führung des Kühlmittels erforderliche Raum zu der radialen Bauhöhe des Kommutators addiert.

Aufgabe der Erfindung ist es, bei Schleifringanordnungen mit nebeneinanderliegenden Schleifringen eine gesicherte und gleichmäßige Kühlung bei einfachem konstruktivem Aufbau der Schleifringe zu erzielen. Die Erfindung geht von der bekannten Schleifringanordnung nach der deutschen Auslegeschrift 1 026 844 aus und löst die Aufgabe mit zwei Varianten, die sich hinsichtlich der Lage der Austrittsöffnungen unterscheiden.

Die erste Variante betrifft eine Schleifringanordnung für elektrische Maschinen mit isoliert nebeneinander angeordneten Schleifringen, bei der in die Schleifringe Kanäle eingearbeitet sind, die von einem gasförmigen Kühlmittel durchströmt werden, wobei die Eintrittsöffnungen der Kanäle auf einer Stirnfläche und die Austrittsöffnungen am Rande der Schleifringe liegen. Die Erfindung besteht in diesem Fall darin, daß in den Schleifringen als Kanäle ein ringförmiger Innenraum mit zu den Eintrittsöffnungen und den Austrittsöffnungen führende Bohrungen vorgesehen sind, wobei die Eintrittsöffnungen mit an mehreren längs des Umfanges verteilten Stellen liegenden isolierten Rohren verbunden sind, die jeweils zur äußeren Stirnfläche des äußersten Schleifringes führen, und die Austrittsöffnungen am Rande der Schleifringe sich jeweils auf beiden Stirnflächen befinden und die sie mit dem Innenraum verbindenden Bohrungen radial und in axialer Richtung schräg nach außen verlaufen.

Die zweite Variante betrifft eine Schleifringanordnung für elektrische Maschinen mit isoliert nebeneinander angeordneten Schleifringen, bei der in die Schleifringe Kanäle eingearbeitet sind, die von einem gasförmigen Kühlmittel durchströmt werden, wobei . die Eintrittsöffnungen der Kanäle auf einer Stirnfläche und mit radialen Bohrungen versehene Austrittsöffnungen in der Mitte der Schleifflächen der Schleifringe liegen. Die Erfindung besteht in diesem Fall darin, daß in den Schleifringen als Kanäle ein ringförmiger Innenraum mit zu den Eintrittsöffnungen und Austrittsöffnungen führende Bohrungen vorgesehen sind, wobei die Eintrittsöffnungen mit an mehreren längs des Umfanges verteilten Stellen liegenden isolierten Rohren verbunden sind, die jeweils zur äußeren Stirnfläche des äußersten Schleifringes führen, und alle Austrittsöffnungen sich in der Mitte der Schleiffläche befinden.

Der Innenraum der Schleifringe wird von dem gasförmigen Kühlmittel durchströmt, das über die Öffnungen an den Schleifringaußenflächen austritt, so daß die gesamte Schleifringoberfläche von innen gekühlt wird. Unabhängig von der Zahl der nebeneinanderliegenden Schleifringe —: bei elektrischen Maschinen können bis zu sechs Schleifringe nebeneinander angeordnet sein — wird jedem Schleifring gleichmäßig kalte Kühlluft zugeführt, die auf der außenliegenden Stirnseite der Schleifringanordnung angesaugt und über Rohre zu dem betreffenden Schleifring zugeführt wird. Es wird dadurch ein optimaler Kühleffekt mit verhältnismäßig einfachen Mitteln erreicht.

Die zur Abführung des Kühlmittels dienenden Austrittsöffnungen sind durch radial und in axialer Richtung schräg verlaufende Bohrungen gebildet. Die schrägen Bohrungen wirken in bekannter Weise wie ein Radiallüfter und ergeben daher die zum Ansaugen des Kühlmittels erforderliche Druckdifferenz.

Die Größe und Anzahl der Bohrungen werden durch die benötigte Kühlmittelmenge bestimmt. Um eine größere Höhe in radialer Richtung zu erhalten, ist es vorteilhaft, die zur Abführung des Kühlmittels dienenden öffnungen in an sich bekannter Weise zu der Schleifringoberfläche zu führen. Hierzu müssen allerdings die Bürsten so angeordnet werden, daß sie die Austrittsöffnungen nicht überdecken.

Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind

ίο in den Unteransprüchen angeführt.

Die Luftmenge und damit der Kühleffekt kann noch durch zusätzliche Maßnahmen erhöht werden. So können gemäß einer zweckmäßigen weiteren Ausgestaltung der Erfindung die Rohre in axialer Richtung über die äußere Stirnfläche des äußersten Schleifringes hinausragen und die Eintrittsöffnungen der Rohre in bezug auf die Schleifring-Stirnfläche abgeschrägt sein. Dadurch wird der Eintritt des . Kühlmittels in die Rohre erleichtert. Die Kühlmittelförderung und die gekühlte Oberfläche können auch dadurch erhöht werden, daß gemäß einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung in dem Innenraum der Schleifringe längs des Umfanges verteilt, radial ausgerichtete Lüfterflügel angeordnet sind.

Im folgenden sei die Erfindung an Hand der in den F i g. 1 bis 4 dargestellten Ausführungsbeispiele näher erläutert.

Fig. 1 zeigt einen Schnitt durch eine Schleifringanordnung, deren Ansicht von der Stirnseite her in F i g. 2 dargestellt ist. Auf der Welle 1 einer elektrischen Maschine ist die Nabe 2 aufgesetzt, welche die Schleif ringe 3,4 und 5 trägt. Zwischen der Nabe 2 und den Schleifringen liegt die Isolierschicht 6. Jeder Schleifring ist hohl ausgebildet und besitzt den Innenraum7, der jeweils an drei Stellen mit in der Nähe der Welle 1 angeordneten Eintrittsöffnungen für ein gasförmiges Kühlmittel verbunden ist. Dabei besitzt der Schleifring 5, welcher an der äußeren, dem Läufer der Maschine abgewandten Stirnseite liegt, die Eintrittsöffnungen 8; der mittlere Schleifring 4 weist entsprechend drei Eintrittsöffnungen 9 und der innere Schleifring 3 drei Eintrittsöffnungen

10 auf. Die Eintrittsöffnungen 8,9, 10 sind mit isolierten Rohren 11 verbunden, die jeweils, erforderlichenfalls durch davorliegende Schleifringe hindurchführend, zu der äußeren Stirnfläche 12 der Schleifringanordnung geführt sind. Dabei ragen die Rohre

11 über die Stirnfläche 12 heraus und besitzen zur Schleifringstirnfläche abgeschrägte Lufteintrittsöffnüngen 13.

Zum Absaugen des gasförmigen Kühlmittels, z. B. Luft, sind die Austrittsöffnungen 14 a als in axialer Richtung schräge Bohrungen ausgebildet, die jeweils zu den Stirnflächen der Schleifringe führen. Diese Bohrungen wirken daher als Radiallüfter, wobei die Schrägung der Bohrungen die die Druckdifferenz zur Ansaugung des Kühlmittels bestimmende Radialhöhe vergrößert. Alternativ ist vorgesehen, die Austrittsöffnungen 14 b an der Schleiffläche anzuordnen.

In F i g. 3 ist eine Schleifringanordnung dargestellt — die im wesentlichen der in F i g. 1 und 2 gezeigten entspricht, so daß die entsprechenden Teile die gleichen Bezugszeichen tragen —, jedoch enden bei dieser Ausführung die mit den Eintrittsöffnungen verbundenen Rohre 11 jeweils an der Stirnfläche 12 des äußeren Schleifringes und ragen nicht über diese Stirnfläche hinaus. Dagegen sind zur Verbesserung der Kühlmittelförderung in den Innenräumen 7 der

Schleifringe längs des Umfanges verteilt radial ausgerichtete Lüfterflügel 15 angeordnet. Da diese Lüfterflügel 15 außerdem in metallischer Verbindung zu den Schleifringen stehen, ist auch die von dem Kühlmittel umflossene, wärmeabgebende Oberfläche erhöht.

Ein weiteres Ausführungsbeispiel der Erfindung zeigt F i g. 4, bei der das Kühlmittel zusätzlich durch einen nicht dargestellten Fremdlüfter gefördert wird. Daher ist der Raum 16 vor den Eintrittsöffnungen 13 durch die dicht vor der Stirnfläche 12 des äußeren Schleifringes 5 endende Abdeckung 17 begrenzt. Das von dem Fremdlüfter geförderte Kühlmittel wird also unmittelbar den Eintrittsöffnungen 13 zugeführt und gelangt damit in die Innenräume 7 der Schleifringe, aus denen es durch die Austrittsöffnungen 14 α bzw. 14 b wieder austritt. Der Raum vor den Eintrittsöffnungen 13 ist also von dem Raum vor den Austrittsöffnungen des gasförmigen Kühlmittels in der Stirnfläche 12 des äußersten Schleifringes 5 getrennt, so daß der Druckverlust des geförderten Kühlmittels möglichst gering ist.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims (5)

Patentansprüche:

1. Schleifringanordnung für elektrische Maschinen mit isoliert nebeneinander angeordneten Schleifringen, bei der in die Schleifringe Kanäle eingearbeitet sind, die von einem gasförmigen Kühlmittel durchströmt werden, wobei die Eintrittsöffnungen der Kanäle auf einer Stirnfläche und die Austrittsöffnungen am Rande der Schleifringe liegen, dadurch gekennzeichnet, daß in den Schleifringen (3,4,5) als Kanäle ein ringförmiger Innenraum (7) mit zu den Eintrittsöffnungen (8,9, 10) und den Austrittsöffnungen (14 a) führende Bohrungen vorgesehen sind, wobei die Eintrittsöffnungen mit an mehreren längs des Umfanges verteilten Stellen liegenden isolierten Rohren (11) verbunden sind, die jeweils zur äußeren Stirnfläche (12) des äußersten Schleifringes (5) führen, und die Austrittsöffnungen am Rande der Schleifringe sich jeweils auf beiden Stirnflächen befinden und die sie mit dem Innenraum verbindenden Bohrungen radial und in axialer Richtung schräg nach außen verlaufen.

2. Schleifringanordnung für elektrische Maschinen mit isoliert nebeneinander angeordneten Schleifringen, bei der in die Schleifringe Kanäle eingearbeitet sind, die von einem gasförmigen Kühlmittel durchströmt werden, wobei die Eintrittsöffnungen der Kanäle auf einer Stirnfläche und mit radialen Bohrungen versehene Austrittsöffnungen in der Mitte der Schleifflächen der Schleifringe liegen, dadurch gekennzeichnet, daß in den Schleifringen (3,4,5) als Kanäle ein ringförmiger Innenraum (7) mit zu den Eintrittsöffnungen (8,9, 10) und Austrittsöffnungen (14 b) führende Bohrungen vorgesehen sind, wobei die Eintrittsöffnungen mit an mehreren längs des Umfanges verteilten Stellen liegenden isolierten Rohren (11) verbunden sind, die jeweils zur äußeren Stirnfläche (12) des äußersten Schleifringes (5) führen, und alle Austrittsöffnungen (14 b) sich in der Mitte der Schleiffläche befinden.

3. . Schleifringanordnung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Rohre (11) über die Stirnfläche (12) des äußersten Schleifringes (5) in axialer Richtung herausragen und daß die Eintrittsöffnungen (13) der Rohre in bezug auf die Stirnfläche (12) des äußersten Schleifringes (5) abgeschrägt sind.

4. Schleifringanordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß in dem Innenraum (7) der Schleifringe (4,5) längs des Umfanges verteilt radial ausgerichtete Lüfterflügel (15) angeordnet sind.

5. Schleifringanordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, der das gasförmige Kühlmittel von einem Fremdlüfter zuführbar ist, dadurch gekennzeichnet, daß der Raum (16) vor den Eintrittsöffnungen (13) der zum Innenraum (7) führenden Rohre (11) durch eine Abdeckung (17) von dem Raum vor den Austrittsöffnungen (14) des gasförmigen Kühlmittels in der Stirnfläche (12) des äußersten Schleifringes (5) getrennt ist.

Die bei elektrischen Maschinen, z.B. bei Synchron- oder Asynchronmotoren, zur Stromübertragung üblichen Schleifringe erwärmen sich während des Betriebes. Die Erwärmung wird in erster Linie durch die Reibung zwischen dem umlaufenden Schleifring und den meist unter Federdruck aufgesetzten Bürsten sowie durch die Übergangs Verluste zwischen diesen beiden stromführenden Teilen verursacht. Sie wird daneben von verschiedenen Faktoren

ίο beeinflußt, wie Schleifring- und Bürstenwerkstoff, Oberfläche des Schleifringes usw., und darf eine bestimmte Höhe nicht überschreiten.

Es ist bekannt, die Schleifringe künstlich zu belüften und dadurch zu kühlen. Neben dem Blasen eines gasförmigen Kühlmittels auf die Schleifringoberfläche ist es bereits bekannt (deutsche Auslegeschrift 1 026 844), in den Schleifringen Kanäle einzuarbeiten, die mit öffnungen zur Zu- und Abführung eines gasförmigen Kühlmittels versehen sind. Dabei liegen die Eintrittsöffnungen der Kanäle auf der Stirnfläche und die Austrittsöffnungen am Rande der Schleifringe bzw. auch in der Mitte der Schleiffläche. Durch Anordnung der zu diesen öffnungen führenden Kanäle radial nach außen und gegebenenfalls durch deren Schrägstellung in Drehrichtung wird das Kühlmittel durch die Kanäle hindurchgetrieben, so daß die im Schleifring entstehende Wärme an diesen Stellen abgeführt wird. Damit die Kühlung ausreichend ist, muß eine Vielzahl von Kanälen längs des Umfanges des Schleifringes vorgesehen werden. Dies ist sehr aufwendig. Weiterhin behindern sich nebeneinanderliegende Schleifringe an der Zufuhr von kaltem Kühlmittel.
Bei luftgekühlten Kommutatoren nach der deutsehen Patentschrift 275 201 ist es bekannt, den Kommutator kühlungsmäßig axial in mehrere Abschnitte zu unterteilen und die Kühlluft jedem Abschnitt über getrennte Kühlkanäle von der äußeren Stirnseite zuzuführen.

Um die Gefahr einer kreisförmigen Strömung zwischen Eintritts- und Austrittsöffnungen zu vermeiden, ist es ferner bekannt (britische Patentschrift 831 794), jeweils neben einer Stirnfläche der Schleifringe Abdeckungen vorzusehen, durch die ein seitlich neben den Schleifringen verlaufender Kanal entsteht, der zur Führung des gasförmigen Kühlmittels ausgenutzt wird. Das Kühlmittel wird über Bohrungen in der Welle zugeführt und über weitere, radial versetzt zu den ersteren angeordnete Bohrungen in der Welle wieder abgeführt. Diese Konstruktion ist ebenfalls aufwendig und erfordert außerdem eine Bearbeitung der Welle; die Mittel zur Kühlung der Schleifringe sind also nicht auf die Schleifringanordnung beschränkt.

Auch bei elektrischen Kommutatoren ergibt sich das Problem einer ungehinderten Abführung der entstehenden Stromwärme. Dazu sind aus den britischen Patentschriften 734 696 und 821444 Anordnungen bekannt, bei denen aber nicht die den Schleifringen nur vergleichbaren einzelnen Kommutatorlamellen hohl ausgebildet oder mit Kühlkanälen versehen sind, sondern zur Kühlluftführung ist allein der Raum zwischen den einzelnen Kommutatorlamellen ausgenutzt. Weiterhin ist zur Kühlluftführung und -verteilung noch der sich unterhalb des Kommutators, d. h. zwischen den Kommutatorlamellen und der Welle, befindliche Tragkörper bzw. vorhandene Hohlraum ausgenutzt. Dies bedeutet, daß sich der