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Die Erfindung betrifft eine Anordnung, insbesondere Kühlanordnung, mit Kühlkanal und einen Elektromotor.
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Kühlkanäle sind allgemein bekannt. Beispielsweise werden Kühlkanäle auch zum Entwärmen von wärmeerzeugenden Maschinen, wie Elektromotoren, eingesetzt.
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Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine Anordnung zum Kühlen möglichst kompakt weiterzubilden.
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Erfindungsgemäß wird die Aufgabe bei der Anordnung nach den in Anspruch 1 und bei dem Elektromotor nach den in Anspruch 6 angegebenen Merkmalen gelöst.
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Wichtige Merkmale der Erfindung bei der Anordnung, insbesondere Kühlanordnung, mit Kühlkanal, sind, dass innerhalb des Kühlkanals zumindest ein Turbulator angeordnet ist.
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Von Vorteil ist dabei, dass somit laminare Strömungen in turbulente Strömungen umgewandelt werden und somit die Wärmetransporte von der Achse oder Mitte des Kühlkanals zum Äußeren des Kühlkanals, also zum Umfang des Kühlkanals verbessert werden. Somit sinkt das Temperaturgefälle zwischen Kühlkanalberandung und Temperatur des Kühlmediums in der Mitte des Kühlkanals, wenn die Turbulatoren eingesetzt werden.
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Als Kühlmedium ist Luft, ein anderes Gas oder eine Flüssigkeit, wie vorzugsweise Wasser oder Öl verwendbar. Es sind aber auch FCKW, also Fluor-Chlor-Kohlenwasserstoffe sowie Stoffe mit ähnlichen physikalischen Eigenschaften verwendbar.
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Wegen der verbesserten Entwärmeleistung des Kühlkanals ist eine kompaktere Ausführung bei gleicher Leistung ermöglicht. Außerdem ist mit Turbulatoren eine geringere Strömungsgeschwindigkeit zulässig, ohne dass die Turbulenz im Fluid verloren geht, wodurch der Kühlkanal trotzdem eine hohe Entwärmeleistung ermöglicht.
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Bei einer vorteilhaften Ausgestaltung ist als Turbulator eine Schraubenfeder oder zwei oder mehr ineinander gesteckte Schraubenfedern in den Kühlkanal eingesetzt. Von Vorteil ist dabei, dass die Herstellung sehr einfach ist und somit in kostengünstiger Weise eine leistungsfähige effiziente Entwärmung auf kleinem Bauraum erreichbar ist.
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Bei einer vorteilhaften Ausgestaltung weisen die Schraubenfedern zu einer ersten Schraubenfedern einen Winkelversatz in Umfangsrichtung auf, insbesondere zur Schraubenachse oder Schraubenmittellinie. Von Vorteil ist dabei, dass eine einfache Montage ermöglicht ist.
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Bei einer vorteilhaften Ausgestaltung weisen die Schraubenfedern gleiche Steigung auf, wobei die Steigung größer als das Zweifache des Drahtdurchmessers der Schraubenfedern ist. Von Vorteil ist dabei, dass gleichartige Schraubenfedern ineinander steckbar sind, wenn sie die angegebene Bedingung erfüllen. Dabei wird der Außendurchmesser im Vergleich zu einer einzigen Schraubenfeder im Wesentlichen nicht verändert. Es sind also ohne zusätzlich benötigten Bauraum mehrere Schraubenfedern verwendbar und somit die Effektivität der Turbulatoren verbessert.
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Bei einer vorteilhaften Ausgestaltung weisen die ineinander gesteckten Schraubenfedern zueinander regelmäßige Versatzwinkel, insbesondere ganzzahlige Vielfache eines Versatzwinkels relativ gemessen zu einer ersten Schraubenfeder auf. Von Vorteil ist dabei, dass eine besonders wirksame und kompakte Anordnung erreichbar ist.
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Wichtige Merkmale bei dem Elektromotor sind, dass das Motorgehäuse in Umfangsrichtung verlaufende oder in Umfangsrichtung schraubförmig verlaufende Kühlkanäle aufweist, wobei in den Kühlkanälen Turbulatoren vorgesehen sind.
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Von Vorteil ist dabei, dass die Entwärmung verbesserbar ist und somit der Motor kompakter ausführbar ist
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Bei einer vorteilhaften Ausgestaltung sind die Turbulatoren als Schraubenfeder oder Schraubenfedern ausgeführt. Von Vorteil ist dabei, dass einfache kostengünstige Mittel verwendbar sind, die in Massenfertigung herstellbar sind. Außerdem sind die Schraubenfedern flexibel, insbesondere biegbar und somit in bogenförmig oder gekrümmt verlaufende Kanäle einbringbar.
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Bei einer vorteilhaften Ausgestaltung verläuft die Schraubenmittellinie am Motorgehäuse in Umfangsrichtung des Motors, insbesondere so dass die Schraubenfedern gebogen in Umfangsrichtung angeordnet sind. Von Vorteil ist dabei, dass die Schraubenfedern in beliebig verlaufende Kanäle einbringbar sind.
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Bei einer vorteilhaften Ausgestaltung weisen die Schraubenfedern einen Versatzwinkel zueinander auf, weisen die selbe Steigung auf und weisen jeweils eine Steigung auf, die größer ist als das Zweifache des Schraubendrahtdurchmessers. Von Vorteil ist dabei, dass eine einfache Montage ausführbar ist, wobei eine effektive Entwärmung erreichbar ist.
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Weitere Vorteile ergeben sich aus den Unteransprüchen. Die Erfindung ist nicht auf die Merkmalskombination der Ansprüche beschränkt. Für den Fachmann ergeben sich weitere sinnvolle Kombinationsmöglichkeiten von Ansprüchen und/oder einzelnen Anspruchsmerkmalen und/oder Merkmalen der Beschreibung und/oder der Figuren, insbesondere aus der Aufgabenstellung und/oder der sich durch Vergleich mit dem Stand der Technik stellenden Aufgabe.
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Die Erfindung wird nun anhand von Abbildungen näher erläutert:
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In der 1 ist das Prinzip der Erfindung schematisch skizziert.
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In der 2 ist ein Motorgehäuse mit erfindungsgemäßen Kühlkanälen gezeigt.
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In der 3 ist ein weiteres Motorgehäuse mit erfindungsgemäßen Kühlkanälen gezeigt.
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In der 1 ist eine Kühlkanalberandung 1 gezeigt, die einen Kühlkanal berandet. Der Kühlkanal darf einen runden, kreisförmigen, dreieckigen, rechteckigen oder vieleckigen Querschnitt aufweisen.
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Im Kühlkanal sind Turbulatoren vorgesehen, so dass auch bei Eintreten einer laminaren Strömung am ersten Endbereich des Kühlkanals die Turbulenz in Umfangsrichtung vergrößert wird und somit eine bessere Vermischung erreicht wird, die zu einer verbesserten Wärmeabgabe vom Kühlmedium an die Kühlkanalberandung 1, also einen stärkeren Wärmestrom vom Kühlmedium an die Umgebung bewirkt.
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Als Turbulatoren, also Turbulenz vergrößernde Mittel, sind Schraubenfedern (1, 2) eingesetzt in den Kühlkanal. Wesentlich ist dabei, dass die Schraubenfedern (1, 2) kostengünstig zu fertigen sind und einfach einzusetzen sind in den Kühlkanal. Die Schraubenfedern weisen hierbei einen spiralförmig verlaufenden Draht auf, so dass die Seitenansicht jeweils einen sinusförmigen Verlauf aufweist.
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Vor dem Einsetzen werden die beiden Federn (1, 2) ineinander gesteckt und dann als Ganzes eingesetzt. Alternativ ist das Ineinander-Stecken auch im Kühlkanal sukzessive ausführbar.
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In jedem Fall sind die Schraubenfedern (1, 2) im zusammengefügten Zustand gegeneinander verdreht, weisen also in Umfangsrichtung einen Versatz zueinander auf, insbesondere 180°. Statt 180° sind aber auch andere Versatzwinkel vorteilhaft einsetzbar.
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Bei weiteren erfindungsgemäßen Ausführungsbeispielen sind auch weitere Schraubenfedern einsteckbar, wobei die Versatzwinkel relativ zur ersten Schraubenfeder 1 verschieden sind.
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Die Schraubenfedern sollen jedoch vorteiligerweise dieselbe Steigung s aufweisen. Außerdem soll die Steigung s größer sein als der doppelte Schraubenfederdrahtdurchmesser d. Es soll also zumindest s > 2 × d gelten. Der Draht der Schraubenfedern darf aus Stahl, insbesondere Federstahl, oder auch aus Kunststoff gefertigt sein.
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In 2 ist ein Motorgehäuse gezeigt, innerhalb dessen ein drehbar gelagerter Rotor vorsehbar ist, der von einem Statur umgeben ist. Dabei ist der Statur mit dem Motorgehäuse umgebbar oder sogar einstückig ausführbar.
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Zur Fertigstellung des Motors ist nicht nur der Rotor und Statur einbaubar sondern auch eine hohlzylindrisch geformte Hülse auf das Motorgehäuse aufsteckbar.
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Am Motorgehäuse sind in Umlaufrichtung verlaufende Kühlkanäle 5 vorgesehen, die aus einem Einlassbereich 4 gespeist sind. Der Einlassbereich 4 und die Kühlkanäle 5 sind als Vertiefungen ausgebildet, die nach dem Aufstecken der Hülse auch durch jeweilige Teilbereiche der Innenwandung der Hülse begrenzt sind. Die aus dem Einlassbereich 4 gespeisten Kühlkanäle münden in einem dem Einlassbereich am Umfang des Motorgehäuses gegenüberliegenden Auslassbereich. Somit ist Kühlmedium dem Einlassbereich zuführbar und nach dem Durchströmen der Kühlkanäle am Auslassbereich abführbar.
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Innerhalb der Kühlkanäle 5 werden die aus einer, zwei oder mehr Schraubenfedern gebildeten Turbulatoren eingefügt. Somit ist eine weiter verbesserte Kühlung der von den Statorwicklungen ans Motorgehäuse abgeleiteten Wärme ans Kühlmedium erzielbar. Einerseits wird der von den Statorwicklungen ans Kühlmedium geleitete Wärmestrom teilweise abgeführt am Auslassbereich und andererseits wird ein Anteil des Wärmestroms auch über die Hülse an die Umgebung abgeführt. Mittels der Turbulatoren sind beide Wärmeströme vergrößerbar, insbesondere bei gleichen Temperaturen.
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Das Motorgehäuse weist auch einen als Flansch 21 ausgeführten axialen Endbereich auf, der axial ausgerichtete Bohrungen 22 für Befestigungsschrauben aufweist und Zentrierausnehmungen 20 am äußeren Rand des Flansches 21.
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In 3 ist ein zur 2 ähnliches Motorgehäuse mit Flanschbereich 30 gezeigt, wobei allerdings die Kühlkanäle anders angeordnet sind. Es wird ebenfalls eine in 3 nicht gezeigte Hülse am äußeren Umfang des Motorgehäuses aufgeschoben und somit von der Hülse zusammen mit dem Motorgehäuse eine Berandung der Kühlkanäle gebildet. Insbesondere ist das Kühlmedium an einem Einlassbereich 31 zuführbar und von dort von Kühlkanälen in Umfangsrichtung verlaufend einem Umlenkbereich 32 zuführbar, von welchem aus wiederum mehrere Kühlkanäle in entgegengesetzter Umfangsrichtung verlaufend in einen Auslassbereich 33 münden, aus dem das Kühlmedium ableitbar ist.
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Alternativ ist das Kühlmedium auch an dem Umlenkbereich 32 zuführbar und ein erster Teil des Kühlmediums in ersten Kühlkanälen in Umfangsrichtung verlaufend bis zum Auslassbereich 33 und ein zweiter Teil des Kühlmediums in anderen Kühlkanälen in Umfangsrichtung verlaufend bis zu einem ebenfalls als Auslassbereich fungierenden Einlassbereich 31 führbar. Dabei ist die Führung der in Umfangsrichtung verlaufenden Kühlkanälen nicht als rein in Umfangsrichtung verlaufende Führung sondern als Schraubführung, also mit überlagerter axialer Komponente, ausgeführt.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Kühlkanalberandung
- 2
- Spiralfeder
- 3
- Spiralfeder
- 4
- Einlassbereich
- 5
- Kühlkanal
- 20
- Zentrier-Ausnehmung
- 21
- Flansch
- 22
- Bohrlöcher
- 30
- Flansch
- 31
- Einlassbereich
- 32
- Umlenkbereich
- 33
- Auslassbereich
