Titel: Ueber die modernen Einrichtungen zur künstlichen Kühlung von elektrischen Maschinen und Apparaten.
Autor: Anonymus
Fundstelle: 1904, Band 319 (S. 721–724)
URL: http://dingler.culture.hu-berlin.de/article/pj319/ar319200

Ueber die modernen Einrichtungen zur künstlichen Kühlung von elektrischen Maschinen und Apparaten.

Von Leo Lichtenstein, Berlin.

In diesem Aufsatz sollen die mannigfachen Verfahren zur künstlichen Kühlung grosser Generatoren, Transformatoren und Anlasser, die in der neuesten Zeit besondere Verbreitung gefunden haben, im Zusammenhang dargestellt werden.

Die Anwendung der künstlichen Kühlung im Maschinenbau ist nicht neu;1) bei dem Bau von Luftkompressoren hat man frühzeitig gelernt, den Zylinder und Kolben durch Wasserzirkulation zu kühlen. In der Elektrotechnik kam man zur Anwendung der künstlichen Kühlung, als man durch die Wahl von immer grösseren Maschineneinheiten vor die Aufgabe gestellt war, beträchtliche Wärmemengen ohne unzulässige Erwärmung der in Frage kommenden Maschinenteile abzuführen. Wie gross diese Wärmemengen sind, lehrt folgende einfache Rechnung: Drehstromgeneratoren von 3000 KW Leistung sind heutzutage keine Seltenheit mehr. Der Wirkungsgrad solcher Maschinen ist sehr hoch, etwa 0,95; der Verlust, d.h. die in Wärme umgesetzte Leistung beträgt 5 v. H. der gesamten Leistung, d.h. 150 KW oder etwa 204 PS. Dies entspricht einer abzuführenden Wärmemenge im Betrage von 36 Kilogrammkalorien i. d. Sekunde. Ein anderes Beispiel: Es soll für eine grosse Förderanlage ein 600 PS-Motor gebaut werden. Der Motor ist mit einem Schwungrad ausgerüstet, das bei normaler Umdrehungszahl von 400 U/M eine lebendige Kraft = 7,106 mkg hat. Der Motor wird leer, d.h. ohne Last, in Betrieb gesetzt. Bis er die volle Umdrehungszahl erlangt hat, muss von den Maschinen eine Arbeit von 7,106 mkg geleistet werden. Bekanntlich geht beim Ingangsetzen elektrischer Motoren im Anlasser eine beträchtliche Wärmemenge verloren. Geschieht das Anlassen bei konstantem Strom, d.h. wird der vorgeschaltete Widerstand so reguliert, dass der Strom dauernd den Normalwert behält, so geht im Anlasser eine Leistung in Wärme über, die der beim Anlassen geleisteten Arbeit gerade gleich ist. Im vorliegenden Falle ist diese Wärmemenge

Dauert das Anlassen 12 Minuten lang, so muss entweder die Wärmeabgabefähigkeit des Anlassers so stark sein, dass 23 Kalorien i. d. Sekunde abgeführt werden können oder seine Wärmekapazität so gross, dass 16500 Kalorien ohne unzulässige Erwärmung des Widerstandsmaterials aufgenommen werden können. Solche Wärmemengen durch natürliche Strahlung der Oberflächen ohneübermässige Erwärmung des aktiven Materials, dort des Anker- und des Schenkeleisens und der Wicklung, hier des Widerstandsmaterials, abzuführen, ist nicht möglich. Man könnte wohl durch Herabsetzen der spezifischen Belastung, d.h. durch Anwendung grosser Kupfer- und Eisenmassen, eine Erhöhung des Wirkungsgrades bei gleichzeitiger Vergrösserung der abkühlenden Oberfläche erzielen; dieses Mittel allein würde jedoch noch nicht genügen. Bei Vergrösserung der linearen Abmessungen einer Maschine wachsen die Oberflächen im quadratischen, die Massen jedoch im kubischen Verhältnis an; um die Oberflächen zu verdoppeln, müsste man also die Massen nahezu verdreifachen. Mit der Menge von Eisen und Kupfer steigt aber der Preis der Maschinen; dieses Mittel ist also aus technischen und wirtschaftlichen Gründen nicht anwendbar. Die Entwicklung der modernen Elektrotechnik geht ganz im Gegenteil dahin, durch grösstmögliche Steigerung der spezifischen Beanspruchung wirksamer Materialien die Abmessungen der Maschinen und damit die Kosten und den Platzbedarf nach Möglichkeit einzuschränken. Hand in Hand mit der Verminderung der Abmessungen geht die Vereinfachung der Bedienung und Wartung, was weitere betriebstechnische und wirtschaftliche Vorteile zur Folge hat. Diese Tendenz deckt sich mit dem in neuerer Zeit im allgemeinen Maschinenbau deutlich zutage tretenden Bestreben, durch stärkere Beanspruchung der Materialien und Erhöhung der Umfangsgeschwindigkeit die Abmessungen der Maschinen auf das Mindestmass zu bringen.

Da die Abführung der ganzen im Betriebe entstehenden Wärme durch einfache Strahlung in ruhender Luft nicht möglich ist, so muss man zur künstlichen Kühlung Zuflucht nehmen. Diese kann auf dreierlei Weise erfolgen: 1. durch künstliche Vergrösserung der abkühlenden Oberfläche bei ruhender Luft, 2. durch Luft-, Wasser- oder Oelzirkulation, 3. durch verschiedene Kombinationen der unter 1. und 2. erwähnten Verfahren.

Gleich beim Entwurf elektrischer Maschinen muss man darauf bedacht sein, für die Wärmeabfuhr genügende Oberflächen zu schaffen.

Ist O die in Wärme umgesetzte Leistung (also Leistungsverluste elektrischer Maschinen) in Watt,

o die abkühlende Oberfläche in qcm,

τ die Uebertemperatur des aktiven Materials, so rechnet man o aus der Formel

. . . . 1)

Hierin ist k ein Erfahrungskoeffizient, der je nach |722| den Abkühlungsverhältnissen, ob künstliche Luftzirkulation vorgesehen ist oder nicht, in weiten Grenzen wechselt.

Die zulässige Uebertemperatur τ wird verschieden bestimmt. Bei ortsfesten umlaufenden Maschinen und Transformatoren rechnet man mit 50-60° C als obere Grenze; nur dort, wo der Mangel an Raum höhere Beanspruchung der Materialien notwendig macht, wie bei Strassenbahnmotoren, geht man bis auf 70–80° C und darüber hinaus. Diese Uebertemperatur wird mit Thermometer gemessen; sie ist also nur auf der Oberfläche vorhanden; in der Metallmasse ist die Temperatur höher. Rechnet man die Uebertemperatur des Anker- oder Schenkelkupfers aus seiner Widerstandszunahme, so findet man Zahlen, die im Durchschnitt 10–20° C höher sind, als die aus den Angaben der Thermometer. Diesen Umstand darf man beim Entwerfen von Maschinen nicht vergessen. Ist die Stärke der wärmeerzeugenden Metallschicht zu gross, so kann die Uebertemperatur in der Tiefe eine Höhe erreichen, bei der die die Isolation herstellenden Imprägnierstoffe weich werden, während die Thermometer auf der Oberfläche die Uebertemperatur von 50° C womöglich noch nicht anzeigen. In solchen Fällen muss man durch passend angeordnete Kanäle verstärkte Wärmeabgabe bewirken. Bei der Untersuchung elektrischer Maschinen ist neben der direkten Messung mit dem Thermometer die Bestimmung der Uebertemperatur aus Widerstandszunahme sehr zu empfehlen.

Bei isolierten Leitern (Anker- und Schenkelkupfer), lameliiertem Eisen (Anker- und Transformatorenblechen) ist die zulässige Erwärmung im wesentlichen durch die Rücksicht auf die bei starker Erhitzung leidende Isolation (die bei unterteiltem Eisen aus dünnem Papier besteht) gegeben. Bei isolierten Luftleitern bleibt man jedoch mit Rücksicht auf den zulässigen Spannungsabfall weit unter dieser Grenze. Die andauernde Uebertemperatur blanker oder isolierter Luftleiter übersteigt selten 10–15° C. Nur verschiedene Kontakt- oder Anschlusstellen erwärmen sich in der Regel stärker, aber meistens nur dann, wenn sie nicht auf die Dauer in gutem Zustande gehalten werden.

Im Gegensatz hierzu geht man bei Anlassern, Belastungswiderständen und dergleichen mit der Temperatur bedeutend höher hinauf. Man bettet oft Widerstandsbleche in Glimmer oder Asbest ein und erwärmt sie im Betriebe auf 200–250° C. Um Feuersgefahr zu vermeiden, werden solche Widerstände stets völlig eingekapselt konstruiert. Die Uebertemperatur auf den zugänglichen Stellen der äusseren Hülle wird aber auch hier 50° C nicht wesentlich übersteigen. Das gleiche gilt für alle Metall- und Flüssigkeitsanlasser, Oeltransformatoren und dergleichen. Auf der Oberfläche darf die Uebertemperatur etwa 50° C nicht übersteigen, während sie im Innern oft viel mehr betragen kann. In diesem Falle und überhaupt dann, wenn im Innern der Maschine oder des Apparates die Uebertemperatur an verschiedenen Stellen verschieden ist, wird in die Formel 1) für τ der Wert eingesetzt, welcher für die Oberfläche als zulässig angesehen wird. Den Besonderheiten der betreffenden Maschine wird durch passende Werte von k Rechnung getragen. Diese Zahlen liefert die Erfahrung; sie sind je nach der Art der Abkühlung äusserst verschieden. Im folgenden sollen einige Grenzwerte angegeben werden.

Bei eingekapselten Belastungswiderständen wird die Wärme vom aktiven Material durch Vermittlung der eingeschlossenenen Luft und der Blechhülle nach aussen abgegeben. Die Wärmeabgabe ist also nicht so günstig, wie bei einem nicht eingekapselten Widerstand. In diesem Falle kann mit k = 1000–1800, je nach der eingeschlossenen Luftmenge usw. gerechnet werden, wenn für r die höchste Uebertemperatur der Blechhülle eingesetzt wird. In ganz analoger Weise geschieht die Wärmeabgabebei Oeltransformatoren, bei in Oel getauchten Belastungs- und Anlasswiderständen und dergleichen. Die Transformatoren für hohe Spannung (von 5000 Volt ab, aber auch darunter) werden meistens in Oel gestellt und luftdicht eingekapselt. Dies geschieht vor allen Dingen wegen der sehr hohen Isolationsfähigkeit von Oel. Bei 40000 Volt schlägt die Entladung in Luft in Form eines Knallfunkens oder eines Lichtbogens bei einer Entfernung der Elektroden gleich 50–100 mm über (je nach der Form der Elektroden), in Harzöl erst, wenn die Entfernung auf etwa 20 mm verringert wird.

Grosse Anlasser, welche nur selten, z.B. ein- oder zweimal täglich in Betrieb gesetzt werden, werden ebenfalls gern in Oel gestellt. Hier handelt es sich darum, grosse in kurzer Zeit entwickelte Wärmemengen ohne unzulässige Erwärmung des aktiven Materials aufzuspeichern, und dazu ist Oel seiner grossen Wärmekapazität und seines verhältnismässig hohen Verdampfungspunktes wegen gut geeignet.

In dem eingangs angeführten Beispiel war die aufzunehmende Wärmemenge gleich 16500 Kal. Nehmen wir die zulässige Uebertemperatur von Oel gleich 70° C an und rechnen wir wegen der ungleichmässigen Wärmeverteilung mit τ = 50° C, so bekommen wir bei einer spezifischen Wärme von Oel gleich 0,45 die erforderliche Oelmenge .

Diese Oelmenge lässt sich mit Leichtigkeit unterbringen, ohne dass der Platzbedarf zu hoch wird; zu gleicher Zeit können wegen der vorzüglichen Wärmeabfuhr die Widerstandselemente sehr stark belastet werden. Man kommt also mit einer verhältnismässig geringen Metallmenge aus. Die aufgenommene Wärmemenge wird dann im Laufe des Tages langsam ausstrahlen.

Bei eingekapselten Heizkörpern findet die Wärmeabgabe zwischen dem aktiven Material und äusserer Blechhülle im wesentlichen durch unmittelbare Wärmeübertragung, durch Strömungen in der Flüssigkeit oder der Luft statt. Oel überträgt seiner viel grösseren spezifischen Wärme wegen in gleicher Zeit mehr Wärme als Luft. Dementsprechend rechnet man bei Oeltransformatoren und dergleichen je nach der Oelmenge und Beschaffenheit der Metallhülle mit k = 1000–1800, wenn für τ wie früher höchste Uebertemperatur des Mantels gesetzt wird. Die höchste Uebertemperatur des eingeschlossenen Körpers ist um 10–40°C höher. Enthält das Gefäss nicht Oel, sondern Luft, so ist das Temperaturgefälle zwischen Gefässinhalt und Gefässwand viel höher und übersteigt bei grosser Luftmenge leicht 100° C. Es ist also ein grosser Vorzug der in einer Flüssigkeit eingebetteten Widerstände, dass bei ihnen die Temperaturverteilung recht gleichmässig ausfällt und die Gefahr des Verbrennens selbst bei hoher Strombelastung gering ist. In der Praxis kommt natürlich noch ein Faktor hinzu – nämlich der Preis. Man spart bei Verwendung von Oel an Widerstandsmaterial, hat aber dafür Oel und Gefäss zu bezahlen. Es ist also von Fall zu Fall zu erwägen, welcher Konstruktionsgrundsatz bei gleicher Betriebssicherheit zu den wirtschaftlich besten Ergebnissen führt.

Steht der wärmeerzeugende Körper frei, so ist seine Wärmeabgabe selbst bei natürlichem Luftzug intensiver als bei Zwischenschaltung einer Metallhülle. Bei Lufttransformatoren, „offenen“ Belastungswiderständen, d.h. Widerständen, die in Gefässe aus perforiertem Blech eingeschlossen sind, rechnet man mit k = 600–1200.

Bei umlaufenden Maschinen, die durch die Drehbewegung stärkeren Luftzug erzeugen, wird k kleiner.

Man rechnet bei natürlicher Kühlung mit k = 400 bis 1000 τ ist hierbei die maximale mit Thermometer abgelesene Uebertemperatur.

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Rechnen wir mit τ = 50° C., k = 800 die für die im ersten Beispiel genannte Maschine erforderliche Abkühlungsfläche, so erhalten wir

Eine Maschine von so grosser Abkühlungsfläche bei halbwegs annehmbaren linearen Abmessungen zu schaffen, ist nicht möglich. Dazu kommt noch, wie wir bereits hervorgehoben haben, die Unmöglichkeit, eine auch nur annähernd gleichmässige Temperaturverteilung im Körper der Maschine herzustellen, wenn die Tiefenabmessungen derselben ein gewisses Mass überschreiten. Bauen wir die Maschine als eine kompakte Metallmasse von 24 qm Oberfläche, so bekommen wir auf der Oberfläche eine Temperaturerhöhung von vielleicht nur 15 bis 20° C, während im Innern Temperaturen von vielleicht 150° bis 200° herrschen würden. Die Wärmeabgabe erfolgt durch Wärmeleitung in der Metallmasse und die Ausstrahlung von der Oberfläche. In unserem Falle würden die Leitungswege zu gross ausfallen. Um sie zu verkleinern, müsste man auch im Innern der Metallmasse ausstrahlende Oberfläche schaffen und um die daselbst ausgestrahlte Wärme zu entfernen, künstlichen Luftzug anwenden. (Stagnierende Luft ist ein vorzüglicher Wärme-Isolator!) Bei grossen Maschinen wird man also von selbst auf eine weitgehende Unterteilung der Metallmasse, Anordnung von Luftkanälen und künstliche Ventilation geführt. Künstliche Kühlung hat doppelten Wert. Zunächst wird die Wärmeabgabefähigkeit der ausstrahlenden Flächen wesentlich gesteigert, was einer Vergrösserung der Oberfläche bei normaler Wärmeabgabefähigkeit gleichbedeutend ist. Hierdurch wird zweitens die zur Herstellung der genügenden Abkühlungsfläche nötige Metallmasse und damit der Leitungsweg vermindert. Die wirtschaftlichen und betriebstechnischen Vorteile der künstlichen Kühlung haben wir bereits vorher gebührend hervorgehoben.

Einfache Vergrösserung der Abkühlungsfläche bei unveränderter Metallmasse ist das einfachste Mittel, die Wärmeabgabefähigkeit der Körper zu erhöhen; sie wird auf mannigfache Weise angestrebt und leistet bei mittelgrossen Maschinen gute Dienste. Hierher gehört vor allen Dingen die Anwendung von verschiedenen Rippenkonstruktionen, wie sie bei den Kühlkörpern von Automobilen benutzt werden. Diese Konstruktionen sind jedoch in der Regel hässlich und kommen deswegen bei elektrischen Maschinen selten vor. Eine sehr weite Verbreitung hat dagegen bei elektrischen Maschinen ein anderes Konstruktionsprinzip erlangt – das der weitgehenden Unterteilung des aktiven Materials zur Schaffung von abkühlenden Flächen im Innern der Maschine. Diese Unterteilung ist deshalb unvermeidlich, weil die Wärme in den meisten Fällen in allen Teilchen der Metallmasse, also auch im Innern der Maschine erzeugt wird. Bei nicht elektrischen Maschinenelementen (z.B. bei Lagern, Kolben usw.) findet die Wärmeentwicklung in der Regel nur auf der Oberfläche statt. Bei nicht elektrischen. Maschinen geht die Wärme von der Oberfläche in das Innere der Metallmasse durch Leitung über, der Metallkern wird also stets kühler als die Oberfläche bleiben; bei elektrischen Maschinen ist das Gegenteil der Fall. Zudem vertragen die mechanischen Maschinenteile im allgemeinen eine viel höhere Temperaturzunahme als die elektrischen. Deshalb findet man im allgemeinen Maschinenbau nur selten eine künstliche Kühlung vor, so bei Gasmaschinen, Kompressoren, sehr grossen Lagern u. dergl. Häufig wird sogar eine Heizung vorgesehen, z.B. bei Dampfmaschinen, während die Herstellung einer genügenden Abkühlungsfläche die wichtigste Sorge jedes konstruierenden Elektroingenieurs ist.

Die Unterteilung der Metallmassen bildet ein sehr beliebtes und fast durchgängig angewendetes Mittel, die ausstrahlende Oberfläche zu vergrössern. So wird das Ankereisen stets zu mehreren Paketen, die durch Metallstege in gleichbleibender Entfernung von einander gehalten werden, zusammengebaut (Fig. 1). Durch die so gebildeten Luftschlitze l streicht die durch Drehung des Ankers mitgerissene Luft. In gleicher Weise wird das Eisen von Transformatoren zusammengebaut. Dort werden die Luftschlitze senkrecht angeordnet, damit die warme Luft (oder warmes Oel) darin aufsteigen kann. So bildet sich eine regelrechte natürliche Ventilation aus. – Bei niedervoltigen Maschinen, die hohen Strom zu liefern haben (es gibt Ausführungen bis 4000 Amp. und darüber), wird der Kollektor sich stark erwärmen, erstens infolge der hohen Strombelastung, zweitens weil zur Abnahme eines so grossen Stromes viel Bürsten gehören, also grössere Bürstenreibung unvermeidlich ist. Bei solchen Maschinen wird der Kollektor oft geteilt und mit Längsschlitzen versehen (Fig. 2).

Textabbildung Bd. 319, S. 723
Textabbildung Bd. 319, S. 723

Das Gehäuse von Oeltransformatoren wird nicht selten durch ein senkrechtes Rohrsystem durchsetzt (Fig. 3). Hierdurch wird die wirksame Abkühlungsfläche nicht unwesentlich vergrössert; ausserdem wirken die Röhren nach Art von Schornsteinen und bewirken lebhaften Luftzug.

Textabbildung Bd. 319, S. 723

Misst man die Temperatur an verschiedenen Stellen eines im Betrieb befindlichen, eingekapselten Oeltransformators (solche Messungen bilden den wichtigsten Teil der in Versuchsräumen elektrotechnischer Fabriken nach der Fertigstellung grosser Maschinen vorzunehmenden Prüfung), so findet man, dass diese nicht gleichmässig verteilt ist. Auf dem Boden des Gefässes ist die stationäre Uebertemperatur von Oel am niedrigsten, unter dem Deckel am höchsten. Der Unterschied kann mehr als 100 v. H. betragen. Durch Anordnung einer einfachen Zirkulation kann man diesem Uebelstand abhelfen. Durch eine kleine Zentrifugalpumpe wird das Oel am Boden des Transformatorgehäuses eingesaugt und nahe am Flüssigkeitsspiegel wieder eingeführt. Durch fortwährenden Umlauf wird das Oel durcheinander geschüttelt und nimmt in seiner ganzen Masse dieselbe mittlere Temperatur an. Bei unveränderter maximaler Uebertemperatur von Oel |724| kann man durch Anordnung einer Zirkulation die abzuführende Wärmemenge nahezu auf das Doppelte steigern. Handelt es sich um einen Transformator, so entspricht dies bei unveränderter Spannung einer um 40 v. H. höheren Strombelastung. – Bei Anlage einer Zirkulation muss natürlich für ausreichende Reserve der Zirkulationsorgane gesorgt werden. Eine kleine Pumpe, die hierbei in Frage kommt (Zentrifugalpumpe von vielleicht 150 bis 200 mm Durchmesser), ist ein empfindliches Maschinenelement und kann versagen. Die Folge davon ist eine übermässige Erwärmung des Transformators usw. Es wird immer gut sein, die Pumpe usw. doppelt auszuführen. Einfache Zirkulation wird ausser bei Transformatoren noch häufig bei Flüssigkeitsanlassern, in Oel gestellten Belastungswiderständen und dergl. angewendet. Sie hat lediglich den Zweck, die Temperatur in der Flüssigkeitsmasse gleichmässig zu verteilen, um das natürliche Abkühlungsvermögen der Oberfläche voll auszunutzen und stellt insofern eine künstliche Kühlung noch nicht dar. Anders wird die Sache, wenn wir die angesaugte Flüssigkeit durch ein Schlangenrohr mit vielen Windungen führen. Rechnen wir die Oberfläche eines solchen Schlangenrohrs aus, so finden wir, dass sie die eigentliche Abkühlungsfläche des betreffenden Apparates oder der Maschine mehrfach übersteigt. Durch die Anordnung eines Schlangenrohrs haben wir also eine wesentliche Erhöhung der Abkühlungsfläche erzielt. Die Zirkulation sorgt dafür, dass die Temperatur in der Flüssigkeitsmasse überall dieselbe ist. Die Temperaturdifferenz der zufliessenden und der abfliessenden Flüssigkeit kann hierbei leicht 10 bis 15 v. H. betragen. – Stellen wir das Schlangenrohr in ein Bassin mit Wasser, das durch stetigen Zufluss langsam erneuert wird, so machen wir einen Schritt weiter zur Erzielung einer wirksamen künstlichen Kühlung. Auch kann man das Schlangenrohr in einen schornsteinartigen Blechkasten einschliessen und durch diesen mit einem Ventilator kräftigen Luftzug treiben. (Luftgeschwindigkeit = 40 bis 50 m/Sek.) Der Energieverbrauch eines solchen Ventilators oder einer Pumpe ist sehr gering und beträgt kaum mehr als ⅓ bis ½ PS. Wir haben hier mit einer Wasser- oder Luftkühlung mit Zirkulation zu tun, die bei grossen Transformatoren, Flüssigkeitsanlassern, in Oel getauchten Metallanlassern von häufiger Anwendung ist. Luftkühlung ist wirksamer; doch wird aus konstruktiven Gründen bei grossen Transformatoren meistens Wasserkühlung vorgezogen. Der Wasserverbrauch ist nicht gross und beträgt selbst bei sehr grossen Maschinen, 1000 KW-Transformatoren, nicht mehr als 2 bis 3 cbm i. d. Stunde. – Konstruktiv wird Wasserkühlung oft auch anders ausgeführt. Man legt in das das abzukühlende Oel enthaltende Gefäss ein Rohrsystem und lässt durch dieses kaltes Wasser langsam fliessen. Gleichzeitig lässt man durch passende Anordnung der Saug- und Druckstelle das Oel so zirkulieren, dass den Wasserröhren fortwährend warme Flüssigkeit zugeführt wird (Fig. 4).

Bei den bisher betrachteten Beispielen handelte es sich immer um die Abkühlung einer Flüssigkeit, die entweder selbst der Sitz des Wärmeentwicklungsprozesses ist (Flüssigkeitsanlasser, Wasserwiderstände) oder die Wärme von einem Metallkörper abzuleiten hat (Oeltransformatoren, Anlasser usw.). Im letzteren Falle ist die Wärmeübertragung folgende: Transformatorkörper – Oel – Rohrwandung – Wasser – Atmosphäre. Bei umlaufenden Maschinen, Generatoren, rotierenden Umformern, Motoren und dergl. ist die Flüssigkeitskühlung untunlichund auch nie versucht worden. Sie würde bei den hohen Tourenzahlen, die in der Elektrotechnik die Regel bilden (150 bis 3000 U/M, meistens über 750 bis 1000 U/M), entweder unzulässig hohe Bewegungswiderstände hervorrufen oder aus konstruktiven Schwierigkeiten unanwendbar sein. Bei umlaufenden Maschinen ist man also lediglich auf unmittelbare Luftkühlung angewiesen. Diese ist oft durch die Betriebsverhältnisse selbst bereits gegeben. Bei Strassenbahnen z.B. wird das Gehäuse der stets eingekapselten Motoren durch den beim Fahren erzeugten kräftigen Luftzug gekühlt. Aehnlich geschah es bei den Schnellbahnwagen mit den in den Wagen befindlichen Transformatoren. (Luftgeschwindigkeit beträgt bei 200 km/St. Wagengeschwindigkeit rund 55 m/Sek.) Bei dem Siemens-Wagen wurde durch geschickte Anordnung des Anlasswiderstandes eine äusserst wirksame Luftkühlung der Widerstandsbleche erzielt. Diese befinden sich auf der Aussenfläche des Wagens auf seinem ganzen Umfang jalousieartig verteilt.

Textabbildung Bd. 319, S. 724

Bei grossen Generatoren, namentlich Drehstromgeneratoren, wird die Luftkühlung einfach in der Weise durchgeführt, dass der durch einen Ventilator erzeugte kräftige Luftstrom durch passend eingerichtete Kanäle durchgeblasen wird. Bei Drehstromgeneratoren wird der Luftstrom in die Luftschlitze des Stators auf der Aussenseite eingeführt durchläuft diese in annähernd radialer Richtung und kühlt noch das im Innern rotierende Magnetkreuz. Die Luftgeschwindigkeit in den Schlitzen wechselt je nach der Weite der Kanäle und der Grösse des Ventilators in weiten Grenzen. Die abzuführende Wärmemenge beträgt sicher gerechnet, das drei- oder vierfache derjenigen, welche ohne künstlichen Luftzug abgeführt werden könnte. Bei Anordnung künstlicher Luftkühlung ist streng darauf zu achten, dass wirklich alle Punkte, in denen intensive Wärmeentwicklung stattfindet, von Luft umspült werden. Jeder Verstoss gegen diese Regel würde sich durch Ueberhitzung der betreffenden Teile unangenehm bemerkbar machen.

Auch Belastungs- und Anlasswiderstände mit Luftkühlung sind vielfach mit gutem Erfolge ausgeführt worden. Je nach der Aufstellung des Ventilators und der Führung des Luftstromes, der nicht selten unmittelbar gegen den Widerstandskörper gerichtet wird, ist die abzuführende Wärmemenge sehr verschieden. In einzelnen Fällen kann man durch zweckmässig eingerichtete Luftkühlung die Leistung, die in einem Widerstand in Wärme umgesetzt werden kann, auf das vierfache erhöhen. Mit einem Apparat von kaum 2 cbm Volumeninhalt und 1 qm Grundfläche kann man leicht eine Energie von 100 KW in Form von Wärme ableiten.

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D. p. J. 1903, 318, S. 270.

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