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Die
Erfindung betrifft eine Galette zum Fördern und Führen eines laufenden synthetischen
Fadens gemäß dem Oberbegriff
des Anspruchs 1.
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Insbesondere
bei Spinnmaschinen mit hohen Abzugsgeschwindigkeiten und Aufwickelgeschwindigkeiten
werden einzelne oder Gruppen von Galetten zum Führen und Fördern beispielsweise in einer
Verstreckzone eingesetzt. Hierbei sind die Galetten allgemein mit
einem Einzelantrieb ausgerüstet, welcher
die mit einem Galettenmantel verbundene Welle antreibt. Üblicherweise
ist die Welle in einem Bereich zwischen dem Galettenmantel und dem elektrischen
Antrieb gelagert, wie beispielsweise aus der
DE 37 01 077 A1 bekannt
ist.
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Die
heute erzielten Fadenlaufgeschwindigkeiten von deutlich über 1.000
m/min verlangen Schnellauflager, die mit sehr hohen Drehzahlen laufen
müssen
und bei denen eine unendliche Lebensdauer gefordert ist. Diese enormen
Belastungen führen
einerseits zu einer relativ hohen Wärmeenergie in dem elektrischen
Antrieb sowie zu einer Erwärmung der
Lager. Damit tritt das Problem auf, daß die Betriebstemperaturen
der Lager sehr schnell erreicht und überschritten werden können.
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Bei
der bekannten Galette ist die Lagerbohrung direkt in die als Gehäuse ausgebildete
Maschinenwand des Maschinengestells eingebracht. Diese Anordnung
ist jedoch nicht geeignet, um die Überhitzung der Lager zu verhindern.
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Aus
der
EP 0 349 829 A2 ist
eine weitere Galette bekannt, bei welcher das Lagergehäuse durch einen
rotationssymmetrischen Träger
gebildet ist. Der Träger
ist in einem stationären
Gehäuse
angeordnet. Auch diese Ausführung
besitzt ebenfalls den Nachteil, daß die im Lager erzeugte und
an das Lagergehäuse
abgegebene Wärme
nur durch Wärmeleitung
in einen massiven Körper
abgegeben werden kann.
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Aus
der
DE 71 13 902 U1 ist
eine Galette bekannt, bei welcher die Lager durch luftgekühlte Strömungskanäle in der
Welle und im Lagergehäuse
gekühlt
werden. Der Luftstrom wird dabei über ein auf der Welle angeordnetes
Lüfterrad
gewährleistet.
Diese Anordnung besitzt den Nachteil, daß die Hohlwelle bei den auftretenden
Belastungen einen größeren Außendurchmesser
aufweisen muß,
um die Festigkeit eines Vollquerschnittes zu erreichen. Das führt jedoch
zu noch höheren
Drehzahlbelastungen der Lager. Ein weiterer Nachteil liegt in der
Anordnung der Strömungskanäle im Lagergehäuse, die
keine gleichmäßige radiale
Wärmeabfuhr
ermöglichen.
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Aus
der
DE 1 760 627 A1 ist
auch schon bekannt, den Beheizungsabschnitt und den Außenmantel
einer Galette aus Werkstoffen mit unterschiedlichen Wärmeausdehnungskoeffizienten
auszugestalten. Auch eine Nabe mit Kühlrippen zur Vermeidung einer übermäßigen Erwärmung wird
dort offenbart. Die Wärmeabfuhr
aus dem Bereich der Lager wird allerdings nicht näher behandelt.
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Der
Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Galette zum Fördern und
Führen
eines laufenden synthetischen Fadens der eingangs genannten Art
derart weiterzubilden, daß das
Lagergehäuse eine
schnelle und gleichmäßige Wärmeabfuhr
aus dem Bereich der Lager ermöglicht.
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Die
Lösung
der Aufgabe ergibt sich aus den Merkmalen des Anspruchs 1.
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Weitere
vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen definiert.
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Die
Erfindung ermöglicht
es, daß in
einem Lagergehäuse
die tendenziell gegenläufigen
Materialkennwerte der Festigkeit und der Wärmeleitfähigkeit vorteilhaft miteinander
verknüpft
werden können. Das
Gehäuse
besteht demnach aus einem Kühlkörper, dessen
Werkstoff sehr gute Wärmeleiteigenschaften
aufweist. Um die Formstabilität
sowie die Festigkeit im Bereich der Lagerung zu gewährleisten, weist
das Lagergehäuse
im Innern des Kühlkörpers einen
Lagerträger
auf. Der Lagerträger
ist im wesentlichen auf dem gesamten Umfang mit dem Kühlkörper in
wärmeleitendem
Kontakt verbunden. Diese Anordnung besitzt zudem den Vorteil, daß der Kühlkörper den
Lagerträger
auf dem gesamten Umfang abstützt.
Damit kann der Lagerträger
mit minimalen Wandstärken
ausgeführt
werden, die die für
die Lager erforderlichen Lagetoleranzen gewährleisten. Die Lagerkräfte werden
somit sowohl von dem Lagerträger
als auch von dem Kühlkörper aufgefangen.
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Eine
besonders vorteilhafte Weiterbildung der Erfindung gemäß Anspruch
2 führt
zu einer Kühlung
der Welle. Die aus dem Elektromotor abgeführte Wärmemenge wird im wesentlichen über die
Welle in die Lagerstellen eingeleitet. Durch die Bildung eines engen
Luftspaltes zwischen der Welle und dem Lagerträger wird die die Wärmeübertragung
hindernde Isolierschicht zwischen der Welle und dem Lagergehäuse minimiert.
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Zur
weiteren Erhöhung
der Wärmeübertragung
zwischen der Welle und dem Lagergehäuse sind die Weiterbildungen
der Erfindung gemäß Anspruch
3 und 4 bevorzugt anzuwenden.
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Bei
einer weiteren besonders vorteilhaften Weiterbildung der Galette
ist der Lagerträger
aus zwei ringförmigen
Segmenten gemäß Anspruch
5 ausgeführt.
Damit ist es möglich,
den wesentlichen Anteil der von der Welle abgegebenen Wärmeenergie
direkt in den Kühlkörper zu übertragen.
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Um
die wärmeabgebende
Fläche
des Kühlkörpers am
Außenumfang
zu vergrößern, ist
der Kühlkörper vorteilhaft
gemäß Anspruch
6 auszuführen.
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Durch
die Weiterbildung der Galette gemäß Anspruch 7 kann vorteilhaft
ein Kühlluftstrom
genutzt werden, um den Elektromotor sowie das Lagergehäuse zu kühlen.
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Bei
beheizten Galetten tritt das zusätzliche Problem
auf, daß das
auskragende Ende der Welle durch die Heizeinrichtung erwärmt wird,
die zwischen dem rotierenden Galettenmantel und der Welle angeordnet
ist. Diese Wärmeenergie
führt zu
einer weiteren Erwärmung
der Lager. Durch die Ausgestaltung der Galette gemäß Anspruch
8 und 9 ist es jedoch gelungen, daß der wesentliche Anteil der
Wärmemenge,
die vom Heizer in den Ringraum zwischen dem Träger und der Welle abgegeben
wird, in die Umgebung abgeführt
wird. Durch die Rotation des frei drehenden Galettenmantels bildet
sich ein Sog aus, der einen Luftstrom in axialer Richtung zur geschlossenen
Stirnseite des Galettenmantels ausbildet. Hier wird der Luftstrom
am Innern des Galettenmantels zum offenen Ende hin weitergeführt und
in die Umgebung abgegeben. In Versuchen hat sich beim Einsatz eines
Induktionsheizers gezeigt, daß die
Kühlwirkung
zu einer Temperaturabsenkung in der Welle von ca. 30 °C führt.
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Die
Ausgestaltung der Galette gemäß Anspruch
10 ist besonders vorteilhaft, um bei beheizten Galetten den zur
Kühlung
des Lagergehäuses
erzeugten Kühlluftstrom
gleichzeitig zur Kühlung
des Ringraumes einzusetzen. Damit wird ein Kühlluftstrom erzeugt, der axial
die gesamte Galette durchströmt.
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Eine
besonders vorteilhafte Weiterbildung der Galette gemäß Anspruch
12 führt
dazu, daß der erzeugte
Kühlluftstrom
innerhalb des Ringraumes in einem Kreislauf geführt wird. Um den Kühlluftstrom innerhalb
des Ringraumes zu verstärken,
ist die Ausgestaltung der Galette gemäß Anspruch 13 von Vorteil.
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Weitere
Vorteile der Erfindung werden nun anhand einiger Ausführungsbeispiele
unter Bezugnahme auf die beigefügten
Zeichnungen näher
erläutert.
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Es
zeigen:
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1 schematisch
einen Längsschnitt
durch ein erstes Ausführungsbeispiel
der erfindungsgemäßen Galette;
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2 eine
Ansicht der Galette aus 1;
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3 schematisch
einen Längsschnitt
durch ein Ausführungsbeispiel
einer beheizten Galette;
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4 schematisch
einen Längsschnitt
durch ein weiteres Ausführungsbeispiel
einer beheizten Galette.
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In 1 ist
schematisch ein Längsschnitt durch
eine Galette gezeigt. Die Galette besteht aus einem Galettenmantel 2.
Der Galettenmantel 2 ist topfförmig ausgeführt und über eine Welle 1 gestülpt. An
dem auskragenden Ende der Welle 1 ist eine Stirnwand 4 des
Galettenmantels 2 befestigt. Hierzu weist die Stirnwand 4 einen
konzentrisch zum Galettenmantel 2 ausgerichteten Kragen 7 auf.
Die Stirnwand 4 und der Kragen 7 werden von einer
Bohrung 8 durchdrungen, die sich am freien Ende des Kragens 7 kegelförmig vergrößert. An
dem auskragenden Ende der Welle 1 ist ein Kegel 6 angeformt,
welcher formschlüssig
mit dem Kragen 7 verbunden ist. Durch ein Verspannelement 5 ist
die Stirnwand 4 mit dem Kragen 7 fest auf dem
Kegel 6 der Antriebswelle 1 verspannt. An dem
gegenüberliegenden
Ende der Welle 1 ist die Welle 1 mit einem Elektromotor 3 gekoppelt.
Der Elektromotor 3 treibt die Welle 1 und damit
den Galettenmantel 2 an.
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In
dem Bereich zwischen dem Galettenmantel 2 und dem Elektromotor 3 ist
die Welle 1 und damit der Rotor des Elektromotors in einem
Lagergehäuse 11 durch
die Lager 9 und 10 gelagert. Das Lagergehäuse 11 besteht
aus einem Lagerträger 13 und
einem Kühlkörper 12.
An den Stirnseiten 36 und 37 des Lagergehäuses 11 sind
in dem Lagerträger 13 die
Lagerbohrungen 14 und 15 eingebracht. In den Lagerbohrungen 14 und 15 sind
die Lager 9 und 10 derart eingepaßt, daß die Lageraußenringe
im Lagerträger 13 gehalten
werden und die Lagerinnenringe auf der Welle 1 sitzen.
Die Lagerbohrungen 14 und 15 sind über eine
im wesentlichen konzentrisch in dem Lagerträger 13 eingebrachten
Wellenbohrung 16 verbunden. Die Wellenbohrung 16 ist
derart dimensioniert, daß sich
zwischen dem Lagerträger 13 und
der Welle 1 ein enger Luftspalt 22 ausbildet.
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Der
Lagerträger 13 wird
vorzugsweise rotationssymmetrisch ausgeführt. Der Lagerträger 13 wird am
Umfang von dem Kühlkörper 12 umhüllt, wobei der
Kühlkörper 12 in
wärmeleitendem
Kontakt mit dem Träger 13 steht.
Im Bereich der Wellenbohrung 16 weist der Lagerträger 13 mehrere
am Umfang verteilte Einschnitte 21 auf. Die Einschnitte 21 sind
mit in der Form kongruenten Zapfen 20 des Kühlkörpers 12 ausgefüllt. Dies
besitzt den Vorteil, daß die
wärmeübertragenden
Flächen
zwischen dem Lagerträger 13 und
dem Kühlkörper 12 relativ
groß ausgeführt werden
können.
Desweiteren wird erreicht, daß die
in der Welle 1 auftretende Wärme direkt an den Kühlkörper 12 abgegeben
werden kann.
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Der
Lagerträger 13 wird
bei diesem Ausführungsbeispiel
vorzugsweise aus Stahl oder Guß hergestellt.
Demgegenüber
besteht der Kühlkörper 12 vorzugsweise
aus Aluminium. Somit könnte
da in 1 gezeigte Lagergehäuse 11 derart hergestellt werden,
daß der
Lagerträger 13 in
einer Gußform
direkt in einem aus Aluminiumguß bestehenden
Kühlkörper 12 eingegossen
wird.
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Wie
allgemein bekannt ist, liegt die Wärmeleitfähigkeit von Aluminium bzw.
Aluminiumlegierungen im Bereich von 200 W/(m·K). Damit ist der Werkstoff
für den
Transport thermischer Energie gut geeignet. Dagegen besitzt Stahl
oder Gußeisen
eine Wärmeleitfähigkeit
im Bereich von 50 W/(m·K).
Damit würde
ein Lagergehäuse,
das komplett aus Stahl oder Guß hergestellt
ist, viermal weniger Energie abführen
als ein Lagergehäuse
aus Aluminium.
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Der
Lagerträger 13 des
Ausführungsbeispiels
in 1 kann auch als geschlossene Buchse ausgeführt sein,
wie in 3 dargestellt. Bei erhöhtem Wärmeanfall in der Welle 1 ist
die Ausführung des
Lagerträgers
gemäß dem Ausführungsbeispiel aus 4 von
Vorteil. Hierbei besteht der Lagerträger aus zwei Trägersegmenten 25 und 26.
Die Trägersegmente 25 und 26 sind
jeweils an den Stirnseiten 36 und 37 in den Kühlkörper 12 eingelassen.
In den Trägersegmenten 25 und 26 sind
die Lagerbohrungen 14 und 15 ausgebildet. Der
Bereich zwischen den Trägersegmenten 25 und 26 ist
bis zur Wellenbohrung 16 durch den Kühlkörper 12 ausgefüllt.
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Am
Umfang des Kühlkörpers 12 sind
mehrere in axialer Richtung der Galette verlaufende Kühlrippen 24 angeformt,
so daß sich
jeweils zwischen zwei benachbarten Kühlrippen 24 eine Kühlnut 33 ausbildet.
Durch die Kühlrippen 24 wird
die zur Abgabe der Wärmeenergie
an die Umgebung genutzte Fläche
des Kühlkörpers 12 erheblich
vergößert.
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Am
Umfang der Kühlrippen 24 ist
an dem zum Galettenmantel 2 gewandten Ende des Kühlkörpers 12 ein
Flansch 41 ausgebildet, der fest mit den Kühlrippen 12 verbunden
ist. Der Flansch 41 dient dazu, die Galette an einem Maschinengestell
zu befestigen. In 1 ist der Flansch 41 nur
im Teilschnitt dargestellt.
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Bei
der in 1 gezeigten Ausführung der Galette ist an der
Antriebsseite des Lagergehäuses 11 ein
den Elektromotor 3 umhüllendes
Antriebsgehäuse 17 angeordnet.
Das Antriebsgehäuse 17 ist am
Umfang der Kühlrippen 24 mit
dem Lagergehäuse 11 verbunden.
Auf der von der Welle 1 abgewandten Seite des Elektromotors 3 ist
ein Lüfter 19 angeordnet,
der ebenfalls über
den Elektromotor 3 angetrieben wird. Der Lüfter 19 ist
im Antriebsgehäuse 17 integriert.
Das Antriebsgehäuse 17 besitzt
an der geschlossenen Stirnseite eine Öffnung 18, durch die
die Energieversorgung des Elektromotors 3 durch die Leitung 23 erfolgt.
Der Lüfter 19 erzeugt
in dem Antriebsgehäuse 17 einen
Kühlluftstrom,
der von außen über den
Durchlaß 18 ins
Antriebsgehäuse 17 hineindringt
und am Elektromotor 3 vorbeistreift. Das Gehäuse des
Elektromotors 3 kann hierbei auch vorteilhaft an dem Kühlkörper 12 angeordnet
werden. Der Kühlluftstrom,
der durch Pfeile in der 1 gekennzeichnet ist, gelangt
dann in die Kühlnuten 33 des Kühlkörpers 22 und
streicht entlang der Kühlrippen 24 in
axialer Richtung. Damit wird die Wärmeabgabe des Kühlkörpers 12 an
die Umgebung wesentlich erhöht.
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In 2 ist
eine Ansicht der Galette aus 1 gezeigt,
wobei auf die Darstellung des Flansches 41 verzichtet wurde.
Das Lagergehäuse 11 ist rotationssymmetrisch
ausgeführt.
Auf der Antriebsseite ist am Umfang der Kühlrippen 24 das Antriebsgehäuse 17 befestigt.
Zwischen dem Kühlkörper 12 und
dem Antriebsgehäuse 17 sind
mehrere am Umfang verteilte Austrittsöffnungen 38 gebildet,
die in die Kühlnuten 33 münden. Der
Galettenmantel 2 ist über
die Stirnwand 4 mit dem Verspannelement 5 mit der
Welle gekoppelt und wird in die durch Pfeile gekennzeichnete Drehrichtung
angetrieben. Die Energieversorgung des Elektromotors 3 erfolgt
hierbei über
die Leitung 23. Derartige Galetten werden beispielsweise.
direkt in Maschinengestellen eingebaut. Hierzu ist es vorteilhaft,
wenn an den Kühlrippen 24 ein
umlaufender Flansch angebracht wird, die Befestigung an dem Maschinengestell
erfolgt dann über den
Flansch.
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In 3 und 4 sind
zwei Ausführungsbeispiele
einer beheizten Galette gezeigt. Hierbei wurden die Bauteile gleicher
Funktion mit identischen Bezugszeichen versehen. Die Anordnung von
dem Galettenmantel 2, der Welle 1, dem Elektromotor 3, des
Lagergehäuses 11 und
des Antriebsgehäuses 17 ist
im wesentlichen identisch zu dem in 1 gezeigten
Aufbau. Um Wiederholungen zu vermeiden, wird auf die Beschreibung
zu 1 Bezug genommen.
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Bei
den Ausführungsbeispielen
in 3 und 4 ist ein hohlzylindrischer
Träger 27 im
Bereich innerhalb des Galettenmantels über die Welle 1 gestülpt. Auf
der zum Lagergehäuse 11 hingewandten Seite
des Trägers 27 ist
am Träger 27 ein
Kragen 28 angeformt. Der Kragen 28 geht über in einen
Flansch 41. Dabei können
der Kragen 28 und der Flansch 41 aus einem Bauteil
oder vorzugsweise aus mehreren Bauteilen bestehen. Der Kragen 28 ist
am Umfang der Kühlrippen 24 mit
diesen verbunden. Hierbei ist der Kragen 28 derart geformt,
daß im
Bereich der Kühlnuten 33 zwischen
dem Lagergehäuse 11 und dem
Kragen 28 Öffnungen 30 gebildet
werden. Durch die Öffnungen 30 ist
ein zwischen der Welle 1 und dem Träger 27 gebildeter
Ringraum 31 mit den Kühlnuten 33 verbunden.
Am Umfang des Trägers 27 ist ein
sich im wesentlichen über
die Länge
des Galettenmantels 2 erstreckendes Heizelement 29 angeordnet.
Das Heizelement 29 wird hierbei vorzugsweise durch elektrische
Spulen gebildet, die mittels Induktion eine Erwärmung des Galettenmantels 2 ermöglichen.
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Um
die im Heizelement 29 auftretende Wärme nicht in die Welle 1 abzuleiten,
wird durch die am Umfang des Lagergehäuses gebildeten Öffnungen 30 eine
aufgrund der Rotation des Galettenmantels 2 erzeugte Luftströmung ausgebildet.
Hierbei wird die Umgebungsluft in den Ringraum 31 eingesogen
und über
den zwischen dem Heizelement 29 und dem rotierenden Galettenmantel 2 gebildeten
Ringspalt 39 zu der am offenen Ende des Galettenmantels 2 gebildeten
Ringöffnung
abgeführt.
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Um
einen Luftaustausch bzw. eine Umwälzung der Kühlluft innerhalb des Ringraumes 31 zu
erreichen, ist bei der in 3 gezeigten
Galette ein Teilbereich der Kühlnuten 33 durch
den am Umfang des Kühlkörpers 12 zwischen
den Kühlrippen 24 querliegenden
Steg 32 in zwei Teilabschnitte geteilt. Dadurch wird erreicht,
daß der
von dem Lüfter 19 erzeugte
axiale Kühlluftstrom
nicht über
den gesamten Umfang gleichmäßig in den
Ringraum 31 einströmen kann. Über den
Bereich, in dem die Kühlnuten 33 durch
den Steg 32 geteilt sind, wird der axiale Kühlluftstrom
zuvor nach außen
abgeleitet. Dadurch wird erreicht, daß sich eine Umwälzung des
Kühlluftstromes
in dem Ringraum 31 einstellt. Durch diese Maßnahme wird
die Luftumwälzung
innerhalb des Ringraums 31 weiter erhöht.
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In
dem Ausführungsbeispiel
in 4 ist in dem Ringraum 31 ein hohlzylindrischer
Isolierkörper 34 über die
Welle 1 gestülpt.
Der Isolierkörper 34 erstreckt
sich hierbei im wesentlichen über
die gesamte Länge
des Trägers 27.
Damit wird zusätzlich
ein Wärmeschild
zwischen der Welle 1 und dem Träger 27 gebildet. Desweiteren
sind auf der Welle 1 mehrere Verdrängerelemente 35 angeordnet,
die in den Ringraum 31 hineinragen. Die Verdrängerelemente 35 sind
derart ausgebildet, daß sie
bei Rotation der Welle 1 einen axial gerichteten Kühlluftstrom
erzeugen. Diese Anordnung ist insbesondere bei Verwendung von Heizspulen
geeignet, um neben der Wellenkühlung
auch eine Kühlung
der Spulen vornehmen zu können.
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Die
in den 1 bis 4 gezeigten rotationssymmetrischen
Ausbildungen der Lagergehäuse 11 sind
beispielhaft angeführt.
Die Erfindung ist jedoch nicht auf rotationssymmetrische Körper beschränkt. Das
Lagergehäuse
kann daher eine von der rotationssymmetrischen Form abweichende
Kontur aufweisen.
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- 1
- Welle
- 2
- Galettenmantel
- 3
- Elektromotor
- 4
- Stirnwand
- 5
- Verspannelement
- 6
- Kegel
- 7
- Kragen
- 8
- Bohrung
- 9
- Lager
- 10
- Lager
- 11
- Lagergehäuse
- 12
- Kühlkörper
- 13
- Lagerträger
- 14
- Lagerbohrung
- 15
- Lagerbohrung
- 16
- Wellenbohrung
- 17
- Antriebsgehäuse
- 18
- Durchlaß
- 19
- Lüfter
- 20
- Zapfen
- 21
- Einschnitt
- 22
- Luftspalt
- 23
- Leitung
- 24
- Kühlrippen
- 25
- Trägersegment
- 26
- Trägersegment
- 27
- Träger
- 28
- Kragen
- 29
- Heizelement
- 34
- Öffnungen
- 31
- Ringraum
- 32
- Steg
- 33
- Kühlnut
- 34
- Isolierkörper
- 35
- Verdrängerelement
- 36
- Stirnseite
- 37
- Stirnseite
- 38
- Austrittsöffnung
- 39
- Ringspalt
- 40
- Ringöffnung
- 41
- Flansch