DE2020953A1

DE2020953A1 - Anordnung zur Kuehlung eines Rotationskoerpers

Info

Publication number: DE2020953A1
Application number: DE19702020953
Authority: DE
Inventors: Manfred Dipl-Ing Hoffmann; Fries Paul Dr Rer Nat
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 1969-01-04
Filing date: 1970-04-29
Publication date: 1971-11-18
Also published as: DE1900411B2; DE1900411A1

Description

Anordnung zur Kühlung eines Rotationskörpers (Zusatz zu Patent . ... ... (Patentanmeldung P 19 OO 411.6-32 VPA 68/1689) Die Erfindung betrifft eine Anordnung zur Kühlung eines festen Körpers nach Patent . ... ... (Patentanmeldung P 19 OO 411.6-32; VPA 68/1689), der um eine an ihren Enden verschlossene Hohl welle drehbar ist, wobei die Achse der Hohlwelle vorzugsweise mit einer Hauptträgheitsachse des festen Körpers zusammenfällt und die Hohlwelle als Wärmerohr ausgebildet ist, das ein verdampfbares Arbeitsmedium zur Übertragung der Wärme enthält, wobei die Zentrifugalkraft der rotierenden Hohlwelle zur Auskleidung der inneren Wandung der Hohlwelle mit dem Arbeitsmedium vorgesehen ist.
Im Hauptpatent wurden solche Kühlvorrichtungen ausführlich beschrieben. Insbesondere sind diese Anordnungen zur Kühlung elektrischer Maschinen geeignet. Bekannt sind diese Vorrichtungen beispielsweise auch aus einer Veröffentlichung der American Society of Mechanical Engineers (ARME Publication 69-HT-19) vom August 1969 mit dem Titel "2ehe Rotating Heat Pipe - A Wickless, Hollow Shaft for Transferring High Heat Fluxes".
Bei einer solchen Anordnung- befindet sich im Bereiöh,der als Wärmerohr ausgebildet ist, die Oberfläche der Hohlwelle auf nahezu konstanter Temperatur. Falls in diesem Bereich der Hohlwelle Lager angeordnet sind, in denen die Welle drehbar Im folgenden wird die erfindungsgemäße Vorrichtung anhand der Figuren 1 und 2 beispielhaft näher beschrieben.
Nach der Fig. 1 ist die Welle 1 einer elektrischen Maschine mit einem Läufer 2 und einem Ständer 3 als Wärmerohr ausgebildet. Die Welle besitzt einen zylindrischen Hohlraum4 der ein Arbeitsmedium enthält. Bei der Rotation der Welle 1 und des Läufers 2 wird die Wandung des Hohlraumes 4 mit dem Arbeitsmedium ausgekleidet. Der Läufer 2 der elektrischen Maschine ist auf der Welle 1 etwa in der Mitte des Hohlraumes 4 angeordnet. Im Betriebszustand fließt die im Läufer 2 entstehende Verlustwärme zur Welle 1 hin ab und das Arbeitsmedium wird im Bereich des Rotors 2 verdampft. Der Dampf strömt im Hohlraum nach außen und kondensiert in den äußeren Abschnitten des Hohlraumes 4. Das Kondensat strömt wegen der einwirkenden Zentrifugålkraft entlang der Hohlraumwandung wieder in den Verdampfungsbereich des Hohlraumes 4 zurück. Im Hohlraum 4 wird also ein geschlossener Kreislauf für das Arbeitsmedium vermittels der Zentrifugalkraft aufrecht erhalten. Die an die Hohlraumwandung abgegebene latente Wärme des Dampfes des Arbeitsmediums wird auf der einen Seite des Wärmerohres über einen aufgesetzten Wärmeaustauscher 5, der mit Wasser oder Luft bespült sein kann und auf der anderen Seite des Wärmerohres über ein Lüfterlaufrad 6 abgeführt. Der Wärmestrom aus dem Läufer 2 zu den Wärmeaustauschern 5 und 6 ist durch die Pfeile 7 charakterisiert-.
Ständer 3 und Läufer 2 der elektrischen Maschine sind vom Motorgehäuse 8 umgeben, das auch die Lager 9 trägt, in denen die Welle 1 drehbar gehalten ist. Das Lüfterlaufrad ist mit einem Schutzschild 10 versehen, in dem Durchtrittsöffnungen 11 für die Luft vorgesehen sind.
gehalten ist, kann es unter Umständen zu einer Uberhitzung der Lager kommen. Dieser Uberhitzung kann mit einer Lagerkühlung oder einer entsprechenden Auslegung des Lagers auf die Betriebstemperatur der Hohlwelle begegnet werden. In Sonderfällen kann dies zu einem hohen Aufwand bei der Lagerkonstruktion führen.
Es besteht die Aufgabe, eine Vorrichtung der eingangs genannten Art so zu bemessen, daß mit einfachen Mitteln eine Überhitzung von Lagern vermieden wird.
Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe dadurch gelöst, daß bei einer Hohlwelle, die im Bereich des Wärmerohres in Lagern drehbar gehalten ist, zwischen die Hohlwelle und jedes Lagers eine Schicht aus wärmedämmendem Material eingefügt ist. Die Schicht kann in einer Ringnut der Hohlwelle angeordnet sein. Vorzugsweise ragt die Schicht seitlich über die Begrenzungen des Lagers hinaus.
Gemäß der Erfindung werden die Lager durch eine Manschette aus wärmedämmendem Material vor Uberhitzung geschützt, die über die Hohlwelle geschoben und an der Stelle des Lagersitzes befestigt ist. Es entfallen damit besondere Kuhlmaßnahmen für die Lager oder konstruktive Maßnahmen-zur Erhöhung ihrer Temperaturfestigkeit. Der Uberhitzungsschutz läßt sich äußerst einfach verwirklichen, die Schichtdicke und die Breite der Manschette sind nach den vorgegebenen Temperaturverhältnissen auszulegen. Das Material des Wärmeisolierringes muß schlecht wärmeleitend und unempfindlich gegen hohe Temperaturen, Temperaturschwankungen und gegen mechanische Kräfte sein. Als Material für die Schutzmanschette ist aushärtbarer Kunststoff oder mit Füll- oder Verstärkerstoffen verstärkter Kunststoff geeignet.
Der Sitz der Lager 9 liegt beim Ausführungsbeispiel nach Fig. 1 im Bereich des Hohlraumes 4 der Welle 1. Dieser Sitz der Lager 9 wird immer zu wählen sein, wenn die Wärmeaustauscher 5 und 6 nicht innerhalb des Gehäuses 8 der elektrischen Maschine angeordnet sein' sollen. Es wurde bereits erwähnt, daß im Bereich des Teiles der Welle 1, der mit dem Hohlraum 4 als Wärmerohr ausgebildet ist, die Oberfläche der Welle 1 sich auf nahezu konstanter Temperatur befindet. Damit kann man am Sitz der Lager 9 eine größere Temperatur verglichen mit elektrischen Maschinen mit handelsüblicher Kühlung des Ständers 2 erhalten. Es wurde bereits erwähnt, daß sich im allgemeinen diese Temperaturerhöhung durch konstruktive Maßnahmen beim Bau des Lagers ohne besonderem Kostenaufwand berücksichtigen läßt. Falls diese Maßnahmen jedoch zu aufwendig erscheinen, oder falls beispielsweise die Welle 1 einer elektrischen Maschine nachträglich als Wärmerohr ausgebildet werden soll, kann ein Schutz der Lager 9 vor Ubererhitzung dadurch erreicht werden, daß zwischen die Welle 1 und jedes Lager 9 eine Materialschicht 12 aus wärmedämmendem Material, eingefügt ist.
Im Ausführungsbeispiel nach Fig. 1 ist diese wärmedämmende Materialschicht als Manschette über die Welle 1 geschoben und am Sitz eines jeden Lagers 9 befestigt. Mit diesen Wärmeisolierring 12 wird in einfachster Weise die Überhitung der Lager 9 vermieden.
Die Dicke der wärmedämmenden Materialschicht 12 und ihre Breite sind nach den gegebenen Temperaturv-erhältnissen auszulegen.
Es empfiehlt sich, die Breite jeder Manschette 12 so zu wählen, daß die Manschette beidseits über das Lager 9 hinausragt. Das Material der Manschetten 12 muß schlecht wärmeleitend sein und es muß eine größere Te-mperatur- und Temperaturwechselfestigkeit aufweisen. Außerdem muß es den mechanischen Kräften wiederste«hen können, die bei der Rotation in den Lagern 9 auftreten. Diesen Bedingungen genügen aushärtbare Kunststoffe, wie sie beispielsweise unter dem Namen Loctite im Handel erhältlich sind, mit Füllstoffen versetzte Phenol- bzw. Polyesterharze, und glasfaserverstärktes Teflon. Geeignet sind auch Kohlebuchsen. Diese Materialien können mit gutem Erfolg für die Wärmeisoliermanschetten 9 verwendet werden.
Fig. 2 zeigt im Schnitt eine Teilansicht der Welle 1. Die Welle 1 weist eine Schulter 13 auf, und der Wärmeisolierring 12 ist auf dem verjüngten Teil der Welle 1 angeordnet. Anstelle derSchulter 13 kann zur Befestigung der Sanschette 12 auch eine Ringnut in der Welle 1 vorgesehen sein.
4 Patentansprüche 2 Figuren

Claims

Patentansprüche S Anordnung zur Kühlung eines festen Körpers nach Patent . ... ... (Patentanmeldung P 19 OO 411.6-32; VPA 68/1689), der um eine an ihren Enden- verschlossen-e Hohlwelle drehbar ist, wobei die Achse der Hohlwelle vorzugsweise mit einer Hauptträgheitsachse des festen Körpers zusammenfällt und die Hohlwelle als Warmerohr ausgebildet ist, das ein verdampfbares Arbeitsmedium zur Übertragung der Wärme enthält, wobei die Zentrifugalkraft der rotierenden Hohlwelle zur Auskleidung der inneren Wandung der Hohlwelle, mit dem Arbeitsmedium vorgesehen ist, dadurch gekennzeichnet, daß bei einer Hohlwelle (1) die im Bereich (4) des Wärmerohres in Lagern (9) drehbar gehalten ist, zwischen die Hohlwelle und jedes Lager eine Schicht (12? aus wärmedämmendem Material eingefügt ist.
2. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Schicht (12) in einer Ringnut der Hohlwelle (1) angeordnet ist.
3. Anordnung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet,daß die Schicht (12) seitlich über die Begrenzung des Lagers (9) hinausragt.
4. Anordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Schicht (12) aus aushärtbarem Kunststoff oder aus mit Füll- oder Verstärkerstoffen verstärktem Kunststoff hergestellt ist.