DE10320703B4

DE10320703B4 - Abdichtvorrichtung für elektrische Maschinen

Info

Publication number: DE10320703B4
Application number: DE10320703A
Authority: DE
Inventors: Maria Bade; Axel Dr. Möhle
Original assignee: Siemens Corp
Current assignee: Siemens Corp
Priority date: 2003-05-08
Filing date: 2003-05-08
Publication date: 2006-06-29
Anticipated expiration: 2023-05-09
Also published as: DE10320703A1

Abstract

Abdichtvorrichtung für eine elektrische Maschine zum Abdichten eines Läuferraums von einem Ständerraum,
– die im Wesentlichen büchsenförmig ausgestaltet und zwischen dem Läufer und Ständer der elektrischen Maschine anordenbar ist, und
– deren Aufbau wirbelstrommindernd oder -unterdrückend gewählt ist,
dadurch gekennzeichnet, dass
– deren Material zumindest teilweise aus Edelstahl besteht, so dass ein Edelstahlhohlzylinder (3, 4, 5) gebildet ist, der in axialer Richtung Durchbrüche (31) aufweist.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Abdichtvorrichtung für eine elektrische Maschine zum Abdichten eines Läuferraums von einem nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
Bei gewissen elektrischen Maschinen, die als Antrieb von Pumpen oder Fördereinrichtungen verwendet werden, kann das zu fördernde Medium gleichzeitig auch als Kühlmittel verwendet werden. Bei solchen Anwendungen kann es erforderlich sein, die Kühlkreisläufe von Ständer und Läufer der elektrischen Maschine durch eine hohlzylinderförmige Abdichtvorrichtung, die häufig auch als Can bezeichnet wird, im Spalt zwischen dem Ständer und Läufer voneinander zu trennen. Die Can besteht üblicherweise aus zwei Schichten, nämlich einer ersten, dem Ständer zugewandten Schicht, die aus einem faserverstärkten Kunststoff besteht und einer zweiten, dem Läufer zugewandten Schicht, die in aller Regel aus Edelstahl besteht. Die aus faserverstärktem Kunststoff bestehende erste Schicht dient als Tragstruktur, die die entsprechende mechanische Festigkeit verleiht. Demgegenüber dient die aus Edelstahl bestehende zweite Schicht zum Schutz der Tragstruktur vor chemisch aggressivem Kühlgas.
Beim Lauf der elektrischen Maschine treten jedoch in der Edelstahlschutzschicht Wirbelströme auf, die die Funktion der Maschine beeinträchtigen. Die Stärke der Wirbelströme hängt von der Dicke und der elektrischen Leitfähigkeit des Edelstahlzylinders ab. Im Falle eines Motors dämpfen die Wirbelströme das Hauptfeld des Motors und führen zu einer starken Erwärmung der Can.

Aus der Druckschrift DE 198 22 707 A1 ist eine Kreiselpumpe mit einem außerhalb des Flüssigkeitsraums liegenden Antrieb, durch den über ein umlaufendes Magnetfeld der Pumpenläufer angetrieben wird und dessen Spalt zum Rohr zwischen dem Nassraum und dem Trockenraum in ringförmige Bereiche aufgeteilt ist, bekannt. Die ringförmigen Bereiche bilden Windungen eines Wendels.

Weiterhin beschreibt die Druckschrift DE 690 03 273 T2 einen gekapselten Motor mit einem außerhalb eines Rohrteils angeordneten Stator aus einem nicht magnetischen Werkstoff und einem Rotor, der in dem Rohrteil mittels Lagern gegenüber dem Stator drehbar unterstützt ist. Der Rotar wird elektromagnetisch zum Antreiben einer Betätigungswelle derart verdreht, dass diese ein Antriebsglied hin- und her bewegt. Der Stator weist einen laminierten Eisenkern mit mehreren herausragenden Polen mit einer Statarwicklung auf, die konzentriert um jeden herausragenden Pol gewickelt ist, sowie mehrere Permanentmagnete, die an einer gebogenen Oberfläche jedes herausragenden Pols befestigt sind. Ein nicht magnetisches Rohrteil, hergestellt aus rostfreiem Stahl, Kunststoff oder Keramik, ist so vorgesehen, dass es sich den in den Startor hinein erstreckt, so dass das Rohrteil fest radial an die Innenflächen der Permanentmagnete befestigt ist.

Darüber hinaus zeigt die Druckschrift DE 36 26 934 A1 ein Spaltrohr für Magnetkupplungen, das die Vorteile der bisher verwendeten Spaltrohre aus Metall und Kunststoff weitgehend miteinander vereinigt. Eine hohe Festigkeit des Spaltrohrs wird bei geringen Wirbelverlusten dadurch erreicht, dass das Spaltrohr zumindest im Bereich des zwischen den Antriebsmagneten und den Abtriebsmagneten wirkenden Magnetfelds aus einem innen liegenden Metallrohr und einer das Metallrohr abstützenden Umhüllung aus einem elektrisch nicht leitenden Material besteht. Eine entsprechende Abdichtvorrichtung wird als gattungsgemäß angesehen.

Schließlich ist aus der Druckschrift DE 33 37 086 C2 eine Kreiselpumpe mit einem Magnetkupplungsantrieb bekannt, der einen Spaltrohrtopf aus Kunststoff aufweist, welcher mindestens in seinem axialen Spaltrohrbereich eine Verstärkung aufweist. Der Kunststoff-Spaltrohrtopf ist von außen von einer topfförmigen, für das Kunststoff-Spaltrohr als Formstabilisator sowie Halterung dienenden Ummantelung aus Edelstahl durchgehend umschlossen.

Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, eine Abdichtvorrichtung vorzuschlagen, mit der getrennte Ständer- und Läuferkühlkreisläufe gewährleistet werden können, ohne den Wirkungsgrad oder die Funktion der elektrischen Maschine nachhaltig zu beeinflussen.

Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe gelöst durch die Merkmale des kennzeichnen den Teils der Ansprüche 1 bzw. 2 in Verbindung mit den Merkmalen des jeweiligen Oberbegriffs.

Durch die Durchbrüche des Edelstahlhohlzylinders wird die Ausbildung von Wirbelströmen gemindert und der Edelstahl gewährleistet die bekannte Resistenz gegenüber aggressiven Kühlmedien.

Vorzugsweise besteht das Material der Abdichtvorrichtung zumindest teilweise aus Keramik. Dadurch ist eine gewisse Resistenz gegenüber aggressiven Kühlmedien gegeben.

Das Material der Abdichtvorrichtung kann ferner zumindest teilweise aus faserverstärktem Kunststoff bestehen. Dadurch wird der Abdichtvorrichtung die notwendige Festigkeit verlie hen. Um trotz der Durchbrüche einen dichten Edelstahlmantel zu bilden, können zwei der soeben beschriebenen Edelstahlhohlzylinder radial übereinander angeordnet werden. Dabei ist darauf zu achten, dass die Durchbrüche vom jeweils anderen Zylinder überdeckt werden.

Die Abdichtvorrichtung ist vorteilhafterweise radial schichtförmig aufgebaut. Sie besteht aus mindestens zwei Schichten, insbesondere aus zwei, drei, vier oder fünf Schichten. Durch diesen Schichtaufbau können unterschiedlichste Materialeigenschaften miteinander kombiniert werden. Ist ein derartiger Schichtaufbau gewählt, so ist es vorteilhaft, wenn die dem Ständer zugeordnete Schicht aus einem faserverstärkten Kunststoff und die dem Läufer zugewandte Schicht aus ggf. isoliertem Edelstahl besteht, wenn der Läufer von dem aggressiven Kühlmedium gekühlt wird. Andernfalls sollte die Edelstahlschicht dem Ständer zugewandt sein oder beidseitig aufgebracht sein.

Die vorliegende Erfindung wird nun anhand der beigefügten Zeichnungen näher erläutert, in denen zeigen:
1 eine Stirnansicht einer doppelschichtigen Abdichtvorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung;
2 eine Stirnansicht einer erfindungsgemäßen Abdichtvorrichtung mit einer Edelstahlinnenschicht;
3 eine Stirnansicht einer erfindungsgemäßen Abdichtvorrichtung mit zwei Edelstahlinnenschichten;
4 eine perspektivische Ansicht der Edelstahlschicht einer Abdichtvorrichtung mit axial verlaufenden Durchbrüchen; und
5 eine perspektivische Ansicht einer Edelstahlschicht einer Abdichtvorrichtung mit in Umfangsrichtung verlaufenden Durchbrüchen.
Die nachfolgend näher beschriebenen Ausführungsbeispiele stellen bevorzugte Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung dar.
Gemäß einer ersten Ausführungsform, die in 1 dargestellt ist, besitzt die Abdichtvorrichtung einen zweischichtigen Aufbau. Die erste Schicht 1, die dem Ständer einer elektrischen Maschine zugewandt ist, besteht aus faserverstärktem Kunststoff. Die zweite innenliegende Schicht 2 der hohlzylinderförmigen Abdichtvorrichtung, die in der Stirnseitenansicht als konzentrische Linie angedeutet ist, besteht aus einer Keramik. Die Keramik wird in geeigneter Weise nach ihrer mechanischen, thermischen und chemischen Beanspruchung ausgewählt. Da weder die Kunststoffschicht 1 noch die Keramikschicht 2 elektrisch leitend sind, werden in der Abdichtvorrichtung keine Wirbelströme erzeugt, die den Wirkungsgrad der elektrischen Maschine reduzieren würden.
Entsprechend einer zweiten Ausführungsform, die in 2 dargestellt ist, besitzt die Abdeckvorrichtung zwar wiederum einen zweischichtigen Aufbau, die innere Schicht 3 ist hier jedoch aus einem in Umfangsrichtung mehrfach unterteilten Edelstahlhohlzylinder 3 gebildet. Die Unterteilung bewirkt, dass Wirbelströme nur in einem sehr begrenzten Maß, das wenig störend ist, im Edelstahlhohlzylinder gebildet werden.
Der Edelstahlhohlzylinder 3 ist in 4 in perspektivischer Ansicht dargestellt. Die axial verlaufenden Durchbrüche 31 bewirken eine Unterteilung des Edelstahlhohlzylinders 3 in Umfangsrichtung. Die Teilung kann beliebig hoch gewählt werden.
Sollten die Nahtstellen der kreisbogenförmigen Abschnitte des Edelstahlhohlzylinders 3 eine Gefährdung für die zu schützende Tragstruktur 1 darstellen, können zwei gegeneinander isolierte Edelstahlhohlzylinder 3 und 4 im Inneren des Kunststoffhohlzylinders 1 angeordnet werden. Beide Edelstahlhohlzylinder 3 und 4 sind in Umfangsrichtung unterteilt. Die Nahtstellen beider Hohlzylinder sind versetzt zueinander angeordnet, so dass der innere Zylinder 4 die Nähte des äußeren Zylinders 3 abdeckt. Damit dichten die beiden Edelstahlhohlzylinder 3 und 4 den Kunststoffhohlzylinder 1 vollständig gegenüber einem im Innenraum befindlichen aggressiven Medium ab. Sämtliche Schichten sind in 3 jeweils auch wieder als Linie symbolisiert.
5 zeigt eine weitere Variante eines Edelstahlhohlzylinders 5, der beispielsweise anstelle oder zusätzlich zu dem Edelstahlzylinder 3 in den Kunststoffhohlzylinder 1 eingefügt werden kann. Der Edelstahlhohlzylinder weist eine Unterteilung in axialer Richtung auf, die durch in Umfangsrichtung verlaufende Schnitte beziehungsweise Durchbrüche 51 gewährleistet ist. Auch diese axiale Teilung kann beliebig hoch gewählt werden, jedenfalls so hoch, dass die Wirbelströme ausreichend reduziert werden.
Grundsätzlich sind auch wendelförmig unterteilte Edelstahlhohlzylinder oder beliebige Kombinationen dieser oder der oben beschriebenen Edelstahlzylinder ineinander möglich. Darüber hinaus können anstelle des Edelstahls auch andere gegenüber spezifischen chemischen Reaktionen resistente Materialien, wie Gold, Titan und dergleichen, abhängig vom gewählten Kühlmedium eingesetzt werden.

Claims

Abdichtvorrichtung für eine elektrische Maschine zum Abdichten eines Läuferraums von einem Ständerraum, – die im Wesentlichen büchsenförmig ausgestaltet und zwischen dem Läufer und Ständer der elektrischen Maschine anordenbar ist, und – deren Aufbau wirbelstrommindernd oder -unterdrückend gewählt ist, dadurch gekennzeichnet, dass – deren Material zumindest teilweise aus Edelstahl besteht, so dass ein Edelstahlhohlzylinder (3, 4, 5) gebildet ist, der in axialer Richtung Durchbrüche (31) aufweist.
Abdichtvorrichtung für eine elektrische Maschine zum Abdichten eines Läuferraums von einem Ständerraum, – die im Wesentlichen büchsenförmig ausgestaltet und zwischen dem Läufer und Ständer der elektrischen Maschine anordenbar ist, und – deren Aufbau wirbelstrommindernd oder -unterdrückend gewählt ist, dadurch gekennzeichnet, dass – deren Material zumindest teilweise aus Edelstahl besteht, so dass ein Edelstahlhohlzylinder (3, 4, 5) gebildet ist, der in axialer Richtung, in Umfangsrichtung und/oder wendelförmig Durchbrüche (31, 51) aufweist, – der Edelstahlhohlzylinder (3, 4, 5) elektrisch nach allen Seiten isoliert ist, und – zwei derartige Edelstahlhohlzylinder (3, 4) radial übereinander derart angeordnet sind, dass die Durchbrüche (31) gegenseitig überdeckt sind.
Abdichtvorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, wobei deren Material zumindest teilweise aus Keramik besteht.
Abdichtvorrichtung nach Anspruch 1, 2 oder 3, wobei deren Material zumindest teilweise aus faserverstärktem Kunststoff besteht.
Abdichtvorrichtung nach Anspruch 1, wobei der Edelstahlhohlzylinder (3, 4, 5) elektrisch nach allen Seiten isoliert ist.
Abdichtvorrichtung nach Anspruch 5, wobei zwei derartige Edelstahlhohlzylinder (3, 4) radial übereinander derart angeordnet sind, dass die Durchbrüche (31) gegenseitig überdeckt sind.
Abdichtvorrichtung nach Anspruch 1, die radial schichtweise aufgebaut ist.
Abdichtvorrichtung nach Anspruch 7, die aus drei, vier oder fünf Schichten besteht.
Abdichtvorrichtung nach Anspruch 7 oder 8, wobei die dem Ständer zugewandte Schicht (1) aus einem faserverstärkten Kunststoff und die dem Läufer zugewandte Schicht (3, 4) aus Edelstahl besteht.