DE2653441B2

DE2653441B2 - Kühlflüssigkeitsubertragungseinrichtung zum Anschluß der im Maschinengehäuse gelagerten und einen zentralen Kühlflüssigkeitskanal bildenden Hohlwelle eines flüssigkeitsgekühlten Rotors einer elektrischen Maschine

Info

Publication number: DE2653441B2
Application number: DE2653441A
Authority: DE
Inventors: James Stuart Rockford Ill. Schmohe (V.St.A.)
Original assignee: Sundstrand Corp
Current assignee: Sundstrand Corp
Priority date: 1975-11-26
Filing date: 1976-11-24
Publication date: 1979-02-15
Also published as: DE2653441C3; DE2653441A1; US4035679A; CA1060522A; GB1516229A; IL50921A; FR2333374B1; JPS5276607A; IL50921A0; FR2333374A1

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Kühlflüssigkeitsübertragungseinrichtung zum Anschluß der im Maschinengehäuse gelagerten und einen zentralen Kühlflüssigkeitskanal bildenden Hohlwelle eines flüssigkeitsgekühlten Rotors einer elektrischen Maschine an eine außerhalb des Rotors angeordnete stationäre Kammer, bestehend aus einem Übertragungsrohr, das durch eine erste Lagerung gegenüber dem Maschinengehäuse freibeweglich abgestützt und gegenüber dem Innenraum des Maschinengehäuses durch Flüssigkeitsdichtungen abgedichtet ist.

Eine derartige Kühlflüssigkeitsübertragungseinrichtung ist aus der AT-PS 2 55 542 bekannt. Dabei wird die Kühlflüssigkeit von gehäuseseitigen Kammern der Hohlwelle zugeführt, wozu an dieser konzentrisch angeordnete Rohre einerseits elastisch und andererseits flüssigkeitsdicht mit den Kammern in Verbindung gebracht sind, und zwar durch Vorsehen von Zwischenrohren, die in radialer Richtung unbeweglich in Wälzlagern gelagert sind, wobei der flüssigkeitsdichte Abschluß gegenüber den Kammern durch Gleitringdichtungen erfolgt und wobei der flüssigkeitsdichte Abschluß gegenüber der Hohlwelle über Stahlfaltenbälge zwischen, mit der Hohlwelle einstückigen Rohren und den Zwischenrohren erfolgt Die Stahlfaltenbälge nehmen dabei sowohl axiale als auch radiale Verschiebungen der Hohlwelle gegenüber dem Maschinengehäuse auf, wozu die Zwischenrohre mit der Hohlwelle

ι ο einstückig verbunden sind und sich mit dieser mitdrehen.

Die bei der bekannten Kühlflüssigkeitsübertragungs-

einrichtung wesentlichen Stahlfaltenbälge sind nicht nur aufwendig und sperrig, sondern erfordern auch eine besondere Befestigungstechnologie. Außerdem sind neben den Gleitringdichtungen auch mindestens zwei Wälzlager zur Stützung des mit der Hohlwelle verbundenen Rohrs erforderlich, wobei wegen der bei Verschiebungen auftretenden Verwindung der Stahlfaltenbälge die Wälzlager zwangsweise von den Rohrenden entfernt vorgesehen werden müssen. Somit ist die bekannte Kühlflüssigkeitsübertragungseinrichtung insgesamt sehr sperrig, wobei außerdem die Herstellung bzw. der Zusammenbau ziemlich kompliziert ist.
Aufgabe der Erfindung ist es, eine Kühlflüssigkeits-

2¹) übertragungseinrichtung zu schaffen, die eine kleine und kompakte Elauform besitzt

Diese Aufgabe wird bei einer Kühlflüssigkeitsübertragungseinrichtung der eingangs genannten Art nach der Erfindung dadurch gelöst, daß das Übertragungsrohr an

m einem Ende durch die erste Lagerung unmittelbar an einem Teil des Maschinengehäuses und an dem anderen Ende durch eine innerhalb der Hohlwelle angeordnete zweite Lagerung an der Hohlwelle im Bereich innerhalb des Rotorlaggers jeweils abgestützt ist und daß an dem

J¹) Übertragungsrohr angeformte, den Lagerungen zugeordnete erste und zweite Lagerzapfen derart ausgebildet sind, daß sie gleichzeitig die Flüssigkeitsdichtungen bilden.
Dadurch wird nicht nur eine wesentlich kleinere und

4» kompaktere Bauform erreicht, sondern auch außerdem die Herstellung bzw. der Zusammenbau erheblich vereinfacht Das Übertragungsrohr ist nämlich weder mit der Hohlwelle noch mit dem Maschinengehäuse einstückig verbunden, sondern vielmehr gegenüber

■i^r> beiden frei drehbar, und es ist sowohl die Lagerung als auch das Abdichten mittels jeweils der gleichen Anordnung erreicht. Dadurch, daß außerdem die hohlwellenseitige Lagerung in dieser angeordnet ist, wird eine weitere Baugrößenverkleinerung erreicht.

Vorteilhaft weisen die Lagerzapfen in axialer Richtung eine gekrümmte Fläche auf, wodurch eine begrenzte Verschwenkung des Übertragungsrohres gegenüber dem Maschinengehäuse und der Hohlwelle zulässig ist.

Vi Zweckmäßig ist es, wenn die erste und zweite Lagerung jeweils eine Schulter in dem axial außerhalb des Übertragungsrohres liegenden Bereich aufweisen.

Zum sicheren Haltern des Übertragungsrohrs gegenüber Maschinengehäuse und Hohlwelle ist vorteilhaft

feo die Hohlwelle an dem übertragungsrohrseitigen Ende durch eine den Außenring des Rotorlagers festlegende, an dem Mnschinengehäuse befestigbare Schubplatte und durch eine den Innenring des Rotorlagers unter Zwischenlage eines Sicherungsblechs festlegende und

¹^ auf die Rotorwelle aufschraubbare Spannmutter fixierbar.

Durch die sowohl gegenüber dem Maschinengehäuse als auch gegenüber der Hohlwelle freibewegliche

Abstützung und Lagerung des Übertragungsrohrs kann sich dieses gegenüber diesem mit einer Drehzahl drehen, die geringer ist als die der Hohlwelle gegenüber dem Maschinengehäuse, wodurch der Verschleiß erheblich verringert ist, was insbesondere bei Maschinen mit hoher Drehzahl, wie Flugzeuggeneratoren, vorteilhaft ist

Die Erfindung wird anhand des in der eine einzige Figur aufweisenden Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiels näher erläutert, wobei die Figur im Schnitt eine Kühlflüssigkeitsübertragungseinrichtung sowie den zugehörigen Aufbau für eine elektrische Maschine zeigt

In der Figur ist ein Synchrongenerator als repräsentatives Beispiel einer (dynamoelektrischen Maschine dargestellt Wie üblich für Synchrongeneratoren ist der Ständer 10 mit den Ankerspulen 10 an einem Maschinengehäuse 12 befestigt während der Läufer 14 eine Gruppe von Hauptfeldwicklungen aufweist und mit einer Hohlwelle 16 versehen ist Innerhalb des Maschinengehäuses 12 ist auch eine rotierende Erreger-Anordnung 18 vorgesehen, deren Läufer ebenfalls an der Hohlwelle 16 befestigt ist Der die Erregerfeldspulen tragende Ständer 20 der Erreger-Anordnung ist am Maschinengehäuse 12 befestigt. Das Maschinengehäuse 12 ist auch an einem Ende mit einer Kammer 22 versehen, der von einer (nicht dargestellten) äußeren Quelle unter Druck eine Kühlflüssigkeit, vorzugsweise ein Kühlöl, zugeführt wird, das sowohl Schmierungs- als auch Wärmeübertragungs-Eigenschaften besitzt.

Die Hohlwelle 16 wird (in der Figur) links am Maschinengehäuse 12 mittels eines Rotorlagers IA getragen, das die Hohlwelle 16 umgibt. Eine der Hauptaufgaben des Rotorlagers 24 ist das Tragen der Hohlwelle 16 und das Zulassen einer freien Drehung der Hohlwelle 16. Der Außenring des Rotorlagers 24 wird durch eine Ring-Schulter 32 im Maschinengehäuse 12 zusammen mit einer Schubplatte 36 in Lage gehalten, die ihrerseits arr. Maschinengehäuse 12 mittels einer Befestigungseinrichtung, wie einem Bolzen oder einer Schraube 38 gesichert ist. Eine Spannmutter 40 ist am Ende der Hohlwelle 16 mittels eines Gewindes 42 gesichert, wodurch die Hohlwelle 16 in der gewünschten axialen Ausrichtung zum Maschinengehäuse 12 gehalten wird. Bei der in der Figur dargestellten Maschine ist ein Sicherungsblech 44 zwischen dem Innenring des Rotorlagers 24 und der Spannmutter 40 angeordnet. Die Hohlwelle 16 ist mit einem Schlitz 48 versehen, der ein Fußende des Sicherungsblechs 44 aufnimmt, um zu verhindern, daß sich das Sicherungsblech 44 und damit die Spannmutter 40 gegenüber der Hohlwelle 16 dreht.

Im linksseitigen Teil des Maschinenaufbaus ist weiter ein Übertragungsrohr 50 für die Kühlflüssigkeit vorgesehen, das zum Übertragen, Fördern oder Überführen der Kühlflüssigkeit aus der Kammer 22 in einen inneren Kühlmittel-Durchtritl 52 der Hohlwelle 16 dient Das linksseitige Ende des Übertragungsrohrs 50 enthält einen einstückigen ersten Lagerzapfen 54. Der erste Lagerzapfen 54 ist ballig oder gekrümmt ausgeführt, was zum besseren Verständnis in der Zeichnung übertrieben dargestellt ist. Der erste Lagerzapfen 54 dreht sich in einer ersten Lagerung 56,

die im linksseitigen Teil dts Mawhinengehäuses 12 ausgebildet ist Die erste Lagerung 56 enthält auch eine Schulter zur Begrenzung der axialen Bewegung des Übertragungsrohrs 50. Bei der in der Figur dargestellten Maschine ist die erste Lagerung 56 aus einer Buchse geformt, die bessere Verschleißeigenschaften gegenüber dem für das Maschinengehäuse 12 verwendeten Metall besitzt Die Buchse der ersten Lagerung 56 enthält eine öffnung 58, durch die die Kühlflüssigkeit üus der Kammer 22 durch das Übertragungsrohr 50 strömen kann.

Das rechtsseitige Ende des Übertragungsrohrs 50 enthält angeformt einen zweiten Lagerzapfen 60, der ebenfalls gekrümmt oder ballig ausgeformt ist Der zweite Lagerzapfen 60 wirkt mit einer zweiten Lagerung 62 im Inneren der Hohlwelle 16 zusammen, um ein Lager vorzusehen, durch das sich das Übertragungsrohr 50 gegenüber der Hohlwelle 16 frei drehen kann. Die zweite Lagerung 62 besitzt eine nach innen gerichtete Schulter zur Begrenzung der axialen Bewegung des Übertragungsrohrs 50.

Gemäß der Erfindung sind die Lagerzapfen 54,60 so unter Beachtung geeigneter Toleranzen gefertigt daß eine wesentliche kühlmitteldichte Abdichtung zwischen den Lagerzapfen 54, 60 und den Lagerungen 56, 62 erreicht ist Es ist jedoch erwünscht, daß ein bestimmter kleiner Teil tier Kühlflüssigkeit durch die Übertragungsrohr-Lager leckt wodurch eine Kühlmittelversorgung durch eine Kammer 64 zu dem Rotorlager 24 entsteht. Die Ausführung der Übertragungsrohr-Lagerzapfen 54, 60 mit gekrümmten oder balligen Oberflächen läßt zu, daß sich das Übertragungsrohr 50 gegenüber der Ausrichtung zwischen dem Maschinengehäuse 12 und der Hohlwelle 16 bewegt oder verschwenkt. Bei zahlreichen Betriebsbedingungen einschließlich dem Anlegen einer schweren Last an die Maschine neigt die Hohlwelle 16 dazu, leicht oder etwas aus ihrer normalen axialen Ausrichtung auszuweichen oder sich zu verbiegen. Da sich das Übertragungsrohr 50 etwas aus seiner axialen Ausrichtung verschieben kann durch das Vorsehen gekrümmter Lagerzapfen 54, 60 kann der Verschleiß der Lagerzapfen 54, 60 verringert werden. Dadurch, daß sich das Übertragungsrohr 50 unabhängig von sowohl dem Maschinengehäuse 12 als auch der Hohlwelle 16 drehen kann, wird außerdem der Verschleiß der Lagerzapfen 54,60 und der Lagerungen 56,62 weiter herabgesetzt. Wenn sich die Hohlwelle 16 der Maschine mit z. B. 12 000 U/min dreht, kann sich das Übertragungsrohr 50 lediglich mit 6000 U/min drehen gegenüber sowohl dem Maschinengehäuse 12 als auch der Hohlwelle 16. Mithin ist die Durchschnittsdrehzahl der Lagerzapfen 54, 60 in den Lagerungen 56, 62 geringer als die Drehzahl der Hohlwelle 16. Deshalb kann dadurch, daß sich das Übertragungsrohr 50 frei oder unabhängig drehen kann, der Lagerverschleiß erheblich verringert werden. Da das Übertragungsrohr 50 weder an dem Maschinengehäuse 12 noch an der Hohlwelle 16 fest befestigt oder gesichert ist, beruht ein weiterer Vorteil darin, daß zur Sicherung kein Bedarf mehr für besondere Zusatzteile wie Sperrstifte oder O-Ringdichtungen vorhanden ist

Hierzu 1 Biatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. KühlflOssigkeitsübertragungseinrichtung zum Anschluß der im Maschinengehäuse gelagerten und einen zentralen Kühlflüssigkeitskanal bildenden Hohlwelle eines flüssigkeitsgekflhlten Rotors einer elektrischen Maschine an eine außerhalb des Rotors angeordnete stationäre Kammer, bestehend aus einem Übertragungsrohr, das durch eine erste Lagerung gegenüber dem Maschinengehäuse freibeweglich abgestützt und gegenüber dem Innenraum des Maschinengehäuses durch Flüssigkeitsdichtungen abgedichtet ist,

dadurch gekennzeichnet,

daß das Übertragungsrohr (50) an einem Ende durch die erste Lagerung (56) unmittelbar an einem Teil des Maschinengehäuses (12) und an dem anderen Ende durch eine innerhalb der Hohlwelle (16) angeordnete zweite Lagerung (62) an der Hohlwelle (16) im Bereich innerhalb des Rotorlagers (24) jeweils abgestützt ist und

daß an dem Übertragungsrohr (50) angeformte, den Lagerungen (56, 62) zugeordnete erste und zweite Lagerzapfen (54,60) derart ausgebildet sind, daß sie gleichzeitig die Flüssigkeitsdichtungen bilden.

2. Kühlflüssigkeitsübertragungseinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Lagerzapfen (54, 60) in axialer Richtung eine gekrümmte Fläche aufweisen.

3. Kühlflüssigkeitsübertragungseinrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die erste und zweite Lagerung (56, 62) jeweils eine Schulter in dem axial außerhalb des Übertragungsrohres (50) liegenden Bereich aufweisen.

4. Kühlflüssigkeitsübertragungseinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Hohlwelle (16) an dem übertragungsrohrseitigen Ende durch eine den Außenring des Rotorlagers (24) festlegende, an dem Maschinengehäuse (12) befestigbare Schubplatte (36) und durch eine den Innenring des Rotorlagers (24) unter Zwischenlage eines Sicherungsblechs (44) festlegende und auf die Rotorwelle aufschraubbare Spannmutter (40) fixierbar ist.