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Kühlgasführung in einem völlig gekapselten, explosionsgeschützten
Elektromotor Die Erfindung betrifft die Kühlung völlig gekapselter, explosionsgeschützter
Elektromotoren mittels eines gasförmigen, in Verbindung mit Luft hochexplosionsfähige
Gemische bildenden Kühlmittels.
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Als explosionsgeschützten Elektromotor bezeichnet man einen Motor,
der so konstruiert ist, daß beim Auftreten einer Explosion innerhalb des Motorgehäuses
die Flammenfront nicht aus dem Gehäuseinnern Herausschlägt und keine brennbaren
Gase außerhalb des Gehäuses entzünden kann.
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Die Gehäusewände sind daher sehr stark ausgebildet, so daß sie einer
innerhalb des Gehäuses auftretenden Explosion standhalten können. Wenn zwei Kammern
über Durchlässe von kleinem Querschnitt in Verbindung stehen, läuft die Flamme bei
einer Explosion von der einen Kammer durch die Durchlässe oder Verbindungskanäle
zur anderen Kammer hindurch, in der dann die in dieser Kammer enthaltenen Gase explodieren.
Da der Flamme eine Druckwelle vorausläuft, werden die Gase in der anderen Kammer
stark zusammengepreßt und dadurch viel leichter brennbar gemacht.
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Es ist bekannt, einen Motor dadurch zu kühlen, daß ein Kühlmittel
durch Kanäle, die im Rotor in Längsrichtung eingeschnitten sind, hindurchgetrieben
wird; diese Kanäle können dabei so angeordnet sein, daß eine Verbindung zwischen
den an beiden Enden des Motors vorhandenen Stirnräumen besteht. Wenn das Kühlmedium
leicht brennbar ist und z. B. von einem Funken entzündet wird, kann sich eine Explosion
. iii- dem einen Stirnraum des Motors durch die Kanäle und Durchlässe in den anderen
Stirnraum des Motors hinein fortpflanzen, die infolge der vorfenden Druckwelle sich
in verstärktem Maße i ausfau in dem anderen Stirnraum auswirkt. Hierbei ist
leicht die Möglichkeit und Gefahr für eine Zerstörung des Motorgehäuses gegeben.
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Es ist auch bekannt, die Verbindung der beiden Stirnräume eines solchen
Motors durch eineZwischenwand zu unterteilen, so daß die in Längsrichtung verlaufenden
Kanäle jeweils ohne Verbindung mit den gegenüberliegenden Stirnraum innerhalb des
Rotorkerns endigen und als Durchlässe für das gasförmige, in Verbindung mit Luft
hochexplosionsfähige Geinische bildende Kühlmittel dienen. Bei einer bekannten Anordnung
bildet das Ende sämtlicher Kanäle innerhalb des Rotorkerns einen rund um die Rotorwelle
sich erstreckenden Ringraum von beträchtlichem Volumen. Dieser relativ umfangreiche
Ringraum innerhalb des Rotorkerns bringt ähnliche Nachteile mit sich, wie wenn -die
Kanäle bis zum gegenüberliegenden -Stirnraum hindurchgehen, da auch in diesem Ringraum
relativ große Gasmengen zur Explosion kom.inen können, die .im Innern des Rotorkerns
Zerstörungen anrichten.. Das Hauptziel der Erfindung besteht darin, eine mögliche
Explosion innerhalb des Gehäuses eines explosionssicheren Elektromotors auf möglichst
geringe Gasmengen zu beschränken, so daß die Gewalt der Explosion möglichst klein
gehalten wird und Beschädigungen vermieden werden.
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Bei einem völlig gekapselten, explosionsgeschützten Elektromotor in
einem völlig abgeschlossenen Gehäuse, dessen Rotor mehrere in Längsrichtung verlaufende
Kanäle aufweist, die jeweils ohne Verbindung mit dem gegenüberliegenden Stirnraum
innerhäl'b des Rotorkerns endigen und als Durchlässe für ein gasförmiges, in Verbindung
mit Luft hochexplosionsfähige Gemische bildendes Kühlmittel dienen, sind gemäß der
Erfindung die Kanäle an ihren inneren Enden jeweils nur paarweise miteinander verbunden
und bilden so mehrere gesonderte U-förmige Durchlässe, die untereinander und mit
.dem Luftspalt zwischen Stator und Rotor in keinerlei Verbindung stehen und deren
paarweise zusammengehörige einzige Eingangsöffnung und einzige Ausgangsöffnung sich
am selben Ende des Rotorkerns befinden, und daß die die Kühlkanäle trennenden Wände
so ausgebildet sind, daß sie einem möglichen Explosionsdruck standhalten.
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Bei einer besonderen Ausführungsform enthält die Kühlanlage in bekannter
Weise je einen Wärmeaustauscher, der an beiden Enden des Rotors angeordnet ist,
eine Einrichtung, die das Kühlmittel nach seinem Ausströmen aus den Kanälen durch
den betreffenden
Wärmeaustauscher treibt, - und eine Zuführung für
ein weiteres Kühlmittel, das aus dem Wärmeaustauscher die Wärme .abführt.
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Außerdem sei beachtet, daß der Luftspalt zwischen dem Stator und dem
Rotor zu eng ist, um überhaupt einen Durchschlag der Druckwelle und der Flamme zu
ermöglichen. Die Kühlanlage gemäß der Erfindung eignet sich daher besonders dann,
wenn Gase-der Gruppä-III (Äthylen u. dgl.) im Kühlmittel vorhanden sind.
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Der Erfindungsgegenstand wird nun an Hand der Figuren ausführlich
beschrieben: Fig. 1 ist ein Längsschnitt durch einen Abschnitt eines Rotors .eines
explosionsgeschützten Motors, der lifihlmittelkanäle, einen Ventilator und einen
Wärmeaustauscher für das Kühlmittel enthält; Fig. 2 i§t ein Querschnitt durch diesen
Abschnitt des Rotors längs der Linie II-II der Fig. 1; Fig.3 ist ein Querschnitt
durch einen Abschnitt des Wärmeaustauschers nach Fig. 1 längs der Linie III-III;
Fig.4 zeigt eine andere Ausführungsform der Kühlmittelkanä.le in einem Rotor eines
explosionsgeschützten Motors; Fig.5 ist ein Querschnitt durch den Rotor nach Fig.
4 längs der Linie V-V; Fig. 6 zeigt eine andere Ausführungsform der Kühlmittelkanäle
in einem Rotor eines explosionsgeschützten Motors; Fig. 7 ist ein anderer Querschnitt
durch den Rotor nach Fig.6 längs der Linie IX-IX; Fig. 8 ist eine weitere Ausführungsform
der Kühlmittelkanäle; Fig. 9 ist ein Querschnitt durch den Rotor nach Fig. 8 längs
der Linie XI-XI.
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Wie in denn Fig. 1 und 2 zu sehen ist, weist ein explosionsgeschützter
Motor ein Gehäuse 1, ein Statorbl_echpaket 2 und ein Rotorblechpaket mit den Lamellen
3 und 13 auf. Die Blechlamellen 13 liegen in der axialen Mitte des Läuferkörpers.
Auf einer Welle4 des Rotors ist ein Ventilator 5 angebracht. Rippen 6 und 6' eines
Wärmeaustauschers sind an den Außenflächen des -Rahmens 1 befestigt und laufen radial
nach innen und außen. Ein zylindrisches Umlenkblech 7 ist an einer ringförmigen
Leitwand 8 befestigt, die von der Abschluß:wand des Rahmens 1 an Auslegern 9 gestützt
wird. Eine weitere zylindrische Leitwand 10 ist am Ende des Rotors befestigt. Ein
Uing-14 sitzt auf der Welle 4 und ist mit dieser versch@veißt; von ihm aus erstrecken
sich mehrere Arme .15 in' Achserrichtung an der Welle entlang bis zu den Läuferblechlamellen
13 und radial ,bis zu den Blechlamellen 3, wobei sie diese stützen. Die Lamellen
13 befinden sich in der Mitte des Rotors und enthalten keine Öffnungen. Flache Stäbe
12 sind zwischen den aufeinanderfolgenden Armen 15 angeschweißt und bilden Kanäle
11 und 18, die ebenfalls axial bis zu den Lamellen 13 reichen. Die Wickelköpfe 16
des Stators sind auch in der Fig. 1 dargestellt. Mehrere Lochreihen 19 befinden
sich in der Scheibe des Ventilators 5.
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Wie in der Fig. 3 zu sehen ist, laufen die Rippen 6 und 6' des Wärmeaustauschers
vom Rahmen 1 des Stators aus radial nach innen und außen. Ein zylindrischer Mantel
17 umschließt den Statorrahmen außerhalb der äußeren Rippen 6'; das Kühlmittel
strömt zwischen den Rippen 6' und -dem Mantel 17 und führt dabei die Wärme aus den
Rippen ab. Das zylindrische Umlenkblech 7 befindet sich nahe an den Enden der Rippen
6. . Die Arbeitsweise der Kühlanlage ist folgendermaßen: Der Ventilator 5 läuft
mit der Welle um und bewirkt eine Strömung des Kühlmittels auf den Bahnen, die durch
Pfeile angedeutet sind. Es sind zwei unterschiedliche Bahnen zu sehen; die eine
führt durch die- Kühlkanäle 18 und 11 im Rotor, weiter durch die Öffnungen 19 .der
Ventilatorscheibe und zurück zu den Flügeln des Ventilators, während die andere
über die Statorwickelköpfe 16 an den Rippen 6 des Wärmeaustauschers vorbeiführt,
wobei die Wärme an die Rippen abgegeben wird, und von der Leitwand 8 zurück zu den
Flügeln des Ventilators umgelenkt wird.
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Das-Kühlmittel nimmt die Wärme aus dem Rotor in den Kanälen 18 und
11 und .aus den Statorwickelköpfen auf und gibt sie an den Wärmeaustauscher ab;
wenn es an den Rippen 6 vorbeiströmt. Das äußere Kühlmittel; das zwischen dem Mantel
17 und den äußeren Rippen 6' hindurchströmt, nimmt die Wärme aus den letzteren
auf.
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In der Figur ist nur das eine Ende des Rotors gezeigt; das andere
Ende des Rotors wird auf die gleiche Weise gekühlt, wobei die Kühlkanäle ebenfalls
bis an die Rotorlamellen 13 reichen.
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Vorstehend.ist also ein Verfahren zur Kühlung des Rotors eines vollkommen
gekapselten explosionsgeschützten Motors beschrieben, wobei die Kanäle innerhalb
des Rotors ausgebildet sind, -das Kühlmittel durch die Kanäle strömt und die Wärme
durch einen Wärmeaustauscher entfernt wird, der einen Teil des Rahmens des Motors
bildet, ohne daß eine Detonation großer Gasmengen bei hohem Druck stattfinden kann,
womit eine Beschädigung der gesamten Kapselung verbunden wäre. Die Fig. 4 bis 9
zeigen drei andere Möglichkeiten, Kühlmittelkanäle im Rotor derartiger Motoren auszubilden.
Es sei angenommen, daß ein Wärmeaustauscher ähnlich dem, der in den Fig. 1 -bis
j--zu-sehen ist, bei allen diesen Kühlanlagen verwendet wird.
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Wie in den Fig. 4 und 5 zu erkennen ist, ist der Querschnitt der Kanäle
18 vergrößert; die Kanäle erstrecken sich weiter radial in die Lamellen 3 hinein.
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Die Bahnen für das Kühlmittel sind die gleichen wie in Fig.1; eine
stärkere Kühlung wird erzielt, wenn eine größere Lamellenfläche dem Kühlmittel ausgesetzt
ist; es geht dabei aber eine gewisse Festigkeit beim Rotor verloren.
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Wie in Fig. 6 und 7 zu sehen ist, sind Kanäle 24 und 25 .durch Spalten
26 in den Lamellen 23 verbunden. Die Kanäle 24 sind zylindrisch, verlaufen in Achserrichtung
und sind radial paarweise angeordnet; .die Kanäle 25 sind ebenfalls zylindrisch
und verlaüfen axial, jedoch paarweise radial auf einem kleineren Radius.
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Diese Kanäle führen axial durch die Lamellen 3 hindurch und stehen
durch Spalte 26 miteinander in Verbindung, die in den Lamellen 23 .gebildet sind,
welche zwischen den Lamellen 3 und 13 liegen.
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Das Kühlmittel strömt jin die Kanäle 24 ein, durch die Spalte 26 hindurch
und dann durch die Kanäle 25 und die Öffnungen 19 in der Ventilatorscheibe hinaus.
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In den Fig. 8 und 9 ist ein Querschnitt eines vollständigen Rotors
zu sehen. Mehrere Kanäle nehmen die Gesamtlänge des Rotors ein und sind zu Paaren
30, 31 und 32, 33 vereinigt. Die beiden Kanalpaare sind voneinander völlig unabhängig
und gehen von je -einem Ende des Motors aus; nach Fig. & besitzen Abschlußplatten
36 und 37 am rechten Ende des Motors Lochpaare, die sich mit den Kanälen 32 und
33 dekken; eine Ahschlußplatte 34 weist eine Reihe Spalte
39 auf,
die mit den Kanalpaaren 32 und 33 in Verbindung stehen. Das Kühlmittel strömt vom
Ventilator 5 aus durch die Kanäle 32 in den Rotor hinein, durch die Spalte 39 hindurch,
dann durch die Kanäle 33 und durch die Öffnungen 19 zum Ventilator zurück. Wenn
man. das linke Ende des Rotors betrachtet, sieht man, daß die Abschlußplatten 34
und 35 Lochpaare besitzen, die den Kanälen 30 und 31 entsprechen; die Abschlußplatte
36 weist Spalte 38 auf, die paarweise mit den Kanälen 30 und 31 in Verbindung stehen.
Das Kühlmittel wird von einem Veniilator 28 in Bewegung gesetzt, dann von einem
zylindrischen Umlenkblech 27 in die Kanäle 30 umgelenkt, strömt dann durch die Spalte
38 hindurch, durch die Kanäle 31 hinaus und durch die Öffnungen 29 zum Ventilator
zurück.
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Bei der in Fig.8 und 9 ausführlich dargestellten Anordnung werden
die Kühlmittelkanäle vollständig durch den Rotor hindurchgeführt, ohne daß auftretende
Explosionen gleichzeitig auf den anderen Stirnraum in der Maschine übertragen werden.
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Wenn auch ein spezieller Wärmeaustauscher zuvor beschrieben ist, so
kann man doch auch beliebige Anordnungen der beschriebenen Kühlmittelkanäle des
Rotors in Verbindung mit anderen Wärmeaustauschern benutzen.