DE4433059A1 - Kühlanlage zur Kühlung eines Antriebsmotors für Schachtwinden - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Kühlanlage zur Kühlung eines An­ triebsmotors für Schachtwinden gemäß dem Oberbegriff des An­ spruches 1.

Schachtwinden und insbesondere sogenannte Zugseilwinden un­ terscheiden sich von den sogenannten Trommelwinden dadurch, daß sie ein oder normalerweise mehreren parallele, Seile tragen, die in je einer Umfangsnut der Seiltrommel liegen und die Seiltrommel nur um 180° umschlingen. Trommelwinden dagegen arbeiten mit einem oder mehreren Zugseilen, die mit mehreren Windungen auf die Trommel gewickelt werden können. Zugseilwinden als auch Trommelwinden besitzen einen Antrieb mit einem elektrischen Motor. Dabei kann der Antriebsmotor in der Seiltrommel der Winde untergebracht und mit dieser integriert sein.

Es gibt bereits viele verschiedene Ausführungen der Kombina­ tion von Seiltrommel und Antriebsmotor. Die bis vor einigen Jahren üblichste Kombination bestand aus einem getrennten Motor, dessen Welle an die Welle der Seiltrommel gekuppelt ist. Der Antriebsmotor wird dabei in bekannter Weise durch seinen eigenen Lüfter oder durch eine Fremdkühlanlage ge­ kühlt. Eine solche Kombination stellt erhöhte Anforderungen an die Montage und die Ausrichtung von Seiltrommel und Mo­ tor.

Eine ähnliche Konstruktion ist aus der ABB-Broschüre 3ASMO1C200, Juni 1993, bekannt. Bei dieser Kombination haben Antriebsmotor und Seiltrommel eine gemeinsame Welle. Die Welle ist jedoch lediglich in den beiden Stirnwänden der Seiltrommel gelagert, so daß die drehbaren Teile des An­ triebsmotors keine äußere Lagerung haben. Im übrigen besteht diese Kombination aus separaten Seiltrommel- und Motorkon­ struktionen. Die Kühlung des Antriebsmotors bietet hierbei keine speziellen Probleme.

Eine Weiterentwicklung der Kombination von Antriebsmotor und Seiltrommel bestand darin, den Antriebsmotor innerhalb der Seiltrommel anzuordnen. Eine solche Kombination wurde bei­ spielsweise bereits in der Mitte der Fünfziger Jahre be­ schrieben, beispielsweise in den DE-PS 10 95 485. Da der Stand der Technik zu diesem Zeitpunkt keine zufriedenstel­ lenden Lösungen erlaubte, wurde dies Kombination nicht ver­ wendet.

Im Zusammenhang mit der Entwicklung von Frequenzwandlern zur Steuerung von Wechselstromsynchronmotoren hat die Ausführung mit einem in der Seiltrommel integrierten Motor erneute Ak­ tualität erlangt. Die nächstliegende Gestaltung eines Syn­ chronmotors für diesen Zweck besteht darin, die Motorpole am inneren Umfang der Seiltrommel anzubringen und den Stator auf einer nicht-rotierenden Welle anzuordnen. Die Stator­ wicklungen werden dabei über Leiter gespeist, die durch die hohl ausgebildete Welle geführt werden. Die Speisung der Mo­ torpole erfolgt über Schleifringe, die am Innenumfang der Seiltrommel montiert sind. Die Seiltrommel ist hierbei mit­ tels Lager auf der nicht-rotierenden Welle gelagert. Diese Kombinationslösung wird beispielsweise beschrieben in dem Bericht "Second international Conference MINE HOISTING 93", Seiten 9.3.1 bis 9.3.10, vorgestellt an der Royal School of Mines in London am 28.-30. Juni 1993.

Da die elektrische Dimensionierung und Gestaltung eines An­ triebs mit frequenzgesteuerten Synchronmotoren allgemein be­ kannt ist, bietet dieser Teil bei der Verwendung in Schacht­ winden keine besonderen Probleme. Dagegen sind die bei die­ ser Antriebsgestaltung auftretenden Kühlprobleme zwar be­ kannt, aber verhältnismäßig schwer zu beherrschen. Dies gilt besonders bei niedrigen Drehzahlen und vor allem bei nicht­ drehendem, aber unter Strom stehendem Motor zur Erzeugung eines Drehmoments. Letzteres kommt besonders häufig bei fre­ quenzgesteuerten Antrieben für Schachtwinden vor. Es wurden daher auch verschiedene Anordnungen zur Kühlung dieser Syn­ chronmotoren entwickelt. Auf einige dieser Anordnungen wird in dem oben genannten Bericht Bezug genommen.

Bei einer dieser Ausführungen der Kühlanlage ist die nicht­ rotierende Welle über einen konischen Zwischenstück mit ei­ ner wesentlichen Verdickung versehen mit einem Durchmesser an der Stelle, an der das Statorblechpaket sitzen soll, der größeren ist als der Durchmesser an den Stirnwänden der Seiltrommel. Die Welle ist mit Kühlkanälen versehen, die so angeordnet sind, daß die Kühlluft an der einen Stirnwand der Seiltrommel der Welle zugeführt wird und an der anderen Stirnwand der Seiltrommel zur Außenkühlung aus der Welle herausgeführt wird. Diese Kühlkanäle weisen Öffnungen auf, die im konischen Zwischenstück zum verdickten Wellenteil münden. Die einströmende Kühlluft wird in zwei parallele Kühlluftströme aufgeteilt. Der eine dieser Ströme wird durch den Luftspalt zwischen Stator und Läuferpolen zurück auf die andere Seite der Verdickung geleitet und kann dort über Öff­ nungen aus der Welle herausgeführt werden. Der andere Kühl­ luftstrom wird über den Stator und Öffnungen in der Welle am verdickten Teil geführt und vereint sich danach mit dem über den Luftspalt austretenden Kühlluftstrom. Diese Ausführungs­ form ist sehr kostspielig, insbesondere mit Rücksicht auf die komplizierte Wellenform und die großen Lagerabmessungen.

Bei einer anderen Ausführungsform sind die Stirnwände der Seiltrommel mit je einer Kappe versehen. Voraussetzung für diese Ausführung ist, daß beide Stirnwände der Seiltrommel Inspektionsluken haben. Somit kann eine geschlossene Kühlan­ lage gebildet werden, in der gekühlte Luft über den Raum un­ ter der Kappe durch Inspektionsluken in das Innere der Seil­ trommel geleitet werden kann. Die Kühlluft in der Seiltrom­ mel wird hier auf zwei parallele Kühlluftströme verteilt. Der eine leitet Kühlluft durch den Luftspalt zwischen Stator und Rotor und der andere leitet Kühlluft durch den Stator. Die beiden Kühlluftströme vereinen sich anschließend, um über die Inspektionsluken in der anderen Stirnwand unter der anderen Kappe auszuströmen. Von hier wird die Luft weiter zu einem unter der Seiltrommel liegenden Kühlaggregat geführt. Bei dieser Ausführung wirken verhältnismäßig große Seiten­ kräfte auf die Seiltrommel, die bei der Dimensionierung der Lager berücksichtigt werden müssen. Da die Kühlluft die sich drehenden Inspektionsluken passieren muß, können außerdem störende Geräusche auftreten, die mit kräftigen Kappen zu dämpfen sind.

Um die Schachtwinden mechanisch bremsen zu können, sind die Seitenwände der Seiltrommel mit je einer Bremsscheibe verse­ hen. Diese Bremsscheibe ist Teil einer Scheibenbremse, an die von beiden Seiten Bremsklötze anpressbar sind. Diese Kühlanlage hat den Nachteil, daß eine Undichtigkeit der Öl­ schmieranlage für die Lager zur Ausbildung eines Ölfilms auf den Bremsscheiben führen kann, wodurch die Bremssicherheit gefährdet ist.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Kühlanlage zur Kühlung eines Antriebsmotors für Schachtwinden der eingangs genannten Art zu entwickeln, die in ihrem Aufbau einfach ist und zuverlässig und effizient arbeitet.

Zur Lösung dieser Aufgabe wird eine Kühlanlage zur Kühlung eines Antriebsmotors für Schachtwinden gemäß dem Oberbegriff des Anspruches 1 vorgeschlagen, die erfindungsgemäß die im kennzeichnenden Teil des Anspruches 1 genannten Merkmale hat.

Weitere Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Unteran­ sprüchen genannt.

Die Erfindung geht aus von einem auf einer nicht-rotierenden Welle befestigten Stator eines Antriebsmotors, dessen Läu­ ferpole am inneren Umfang der Seiltrommel befestigt sind. Der Stator ist mit eigenen Stirnwänden versehen, die im fol­ genden Statorstirnwände genannt werden und zwischen denen ein offener Innenraum vorhanden ist. Die Statorstirnwände sind miteinander gegenüberliegenden Öffnungen, die vorzugs­ weise alle den gleichen radialen Abstand von der Statormit­ tellinie haben, versehen. Vorzugsweise sind die Öffnungen kreisförmig. In jeder Öffnung der einen Statorstirnwand ist je ein Kühlgebläse angeordnet.

Die Kühlgebläse können auf der den Innenraum zwischen den beiden Statorstirnwänden begrenzenden Seite der Statorstirn­ wand liegen oder auf deren Außenseite. Die Gebläse fördern somit Luft in den Innenraum zwischen den beiden Statorstirn­ wänden. Von dort verläßt die Luft über die Öffnungen in der anderen Statorstirnwand und dort positionierte Kühlaggregate den Raum zwischen den beiden Statorstirnwänden und strömt dann durch den Luftspalt zwischen Stator und Rotorpolen zu­ rück zu den Kühlgebläsen.

Die Zufuhr und Abfuhr des die Kühlaggregate kühlenden Kühl­ mediums erfolgt über Rohre, die in der hohl ausgebildeten Welle angeordnet sind.

Die Kühlanlage gemäß der Erfindung hat gegenüber den bekann­ ten Kühlanlagen folgende Vorteile:

• - einfache Gestaltung der Welle
• - kleine Abmessungen für die Lager der Seiltrommel
• - kein Bedarf an Kappen
• - kein Bedarf an äußeren Kühltrommeln
• - Beseitigung der Gefahr, daß Undichtigkeiten des Ölsystems für die Lagerschmierung zu einem Ölfilm auf den Brems­ scheiben führen können.

Anhand des in der Figur gezeigten Ausführungsbeispiels soll die Erfindung näher erläutert werden.

Die Figur zeigt eine komplette Seiltrommel mit integriertem Antriebsmotor. Die Trommel ist mit 1 bezeichnet und die Seile sind mit 2 bezeichnet. In den Stirnwänden 3 der Seil­ trommel sind Inspektionsluken vorhanden, die mit einem auf­ schraubbaren Deckel 4 verschlossen sind. 5 und 6 bezeichnen Bremsscheiben, die mit Bremsklötzen 7 zusammenarbeiten, wel­ che von einem Ständer 8 getragen werden. Die nicht-rotie­ rende Welle 9 der Seiltrommel ruht in Lagerböcken 10, die sich auf dem Fundament 11 abstützen. Die Seiltrommel ist mittels der Lager 12 drehbar auf der Welle 9 gelagert. Der Antriebsmotor für die Schachtwinde ist in der Seiltrommel untergebracht. Der nicht-rotierende Stator ist mit 13 be­ zeichnet, und der Läufer wird von der Seiltrommel selbst und den an ihren inneren Umfang angebrachten Läuferpolen 14 ge­ bildet.

Gemäß der Erfindung sind in den Statorstirnwänden 15 und 16 Öffnungen 17 und 18 vorgesehen. Gemäß einem bevorzugten Aus­ führungsbeispiel sind beide Statorstirnwände mit je vier auf einem konzentrischen Kreis um die Statormittellinie liegen­ den und in Umfangsrichtung um 90° gegeneinander versetzten Öffnungen versehen. Vorzugsweise fluchtet je eine Öffnung in der einen Statorstirnwand mit einer Öffnung in der anderen Statorstirnwand. In jede Öffnung der einen Statorstirnwand 15 ist je ein Gebläse 19 eingesetzt, welches im Betrieb einen Kühlluftstrom in den freien Raum zwischen den beiden Statorstirnwänden bläst. An den Öffnungen in der gegenüber­ liegenden Statorstirnwand 16 angebracht, die in dem in der Figur gezeigten Ausführungsbeispiel an der Außenseite dieser Statorstirnwand angeordnet sind. Der von den Gebläsen er­ zeugte Luftstrom passiert zunächst die Öffnungen in der ge­ genüberliegenden Statorstirnwand 16 und danach die Kühlag­ gregate 20, die hinter diesen Öffnungen angeordnet sind. Der gekühlte Luftstrom wird dann über den Luftspalt zwischen Stator und Läuferpolen hindurch von den Kühlgebläsen ange­ saugt. Auf diese Weise entstehen im gezeigten Ausführungs­ beispiel vier geschlossene Kühlluftbahnen. Das Kühlmedium zur Kühlung der Kühlaggregate wird durch Kühlrohre 21, 22 zu- beziehungsweise abgeführt, die durch die Welle der Seil­ trommel geführt sind.

Im Rahmen des Erfindungsgedankens sind mehrere alternative Aus führungsformen für die verschiedenen zu der Kühlanlage gehörenden Teile sowie deren Anordnung möglich. Wie bereits angedeutet, können anstelle der bevorzugten Ausführung mit vier Gebläsen und vier Kühlaggregaten anderer Kombinationen gleichmäßig verteilter Kühlluftbahnen vorgesehen werden. Die Gesamtkühlluftmenge ist abhängig von mehreren Parametern, wie zum Beispiel der Verlustleistung des Motors, dem Ar­ beitsprogramm oder dem Arbeitszyklus. Das gleiche gilt ent­ sprechend für die Kühlkapazität der Kühlanlage, die zum Bei­ spiel von der Ansaug-/Förderkapazität der Kühlgebläse, der Konstruktion der Kühlaggregate oder dem Kühlmedium abhängig ist. Alternativ können die Kühlgebläse und/oder die Kühlag­ gregate auch auf der Innenseite der jeweiligen Statorstirn­ wand angeordnet sein.

Claims (9)

1. Kühlanlage zur Kühlung eines Antriebsmotors für Schacht­ winden, deren Antriebsmotor in der rotierenden Seiltrommel (1) der Schachtwinde angeordnet und mit dieser integriert ist, wobei der Stator (13) des Antriebsmotors auf einer nicht-rotierenden Welle befestigt ist und die Läuferpole des Antriebsmotors am inneren Umfang der Seiltrommel befestigt sind, dadurch gekennzeichnet, daß der Stator des Antriebsmotors mit Statorstirnwänden (15, 16) ver­ sehen ist, in denen Öffnungen (17, 18) angeordnet sind, und daß in oder an den Öffnungen der einen Statorstirnwand Kühl­ gebläse (19) angeordnet sind und in oder an den Öffnungen der anderen Statorstirnwand Kühlaggregate (20) angeordnet sind.

2. Kühlanlage nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Anzahl der Öffnungen in beiden Statorstirnwänden gleich groß ist.

3. Kühlanlage nach Anspruch 1 oder 2, dadurch ge­ kennzeichnet, daß die Öffnungen in den Stator­ stirnwänden auf einem konzentrischen Kreis um die Längsachse des Stators angeordnet sind, und vorzugsweise gleichmäßig über den Umfang verteilt sind.

4. Kühlanlage nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Öffnun­ gen in der einen Statorstirnwand mit den entsprechenden Öff­ nungen in der anderen Statorstirnwand in axialer Richtung des Stators fluchten.

5. Kühlanlage nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Kühlag­ gregate (20) in dem freien Innenraum zwischen den Stator­ stirnwänden angeordnet sind.

6. Kühlanlage nach einem der Ansprüche 1-5, da­ durch gekennzeichnet, daß die Kühlanlage (20) und/oder die Kühlgebläse (19) an der Außenseite der be­ treffenden Statorstirnwand angeordnet sind.

7. Kühlanlage nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Zahl der Öffnungen (17, 18) in den Statorstirnwänden vier beträgt.

8. Kühlanlage nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Kühlme­ dium für die Kühlaggregate (20) über in der Welle verlegte Kühlrohre (21, 22) zugeführt, beziehungsweise abgeführt wird.

9. Kühlanlage nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Öffnun­ gen (17, 18) in den Statorstirnwänden kreisförmig sind.