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Die vorliegende Erfindung betrifft einen selbstfahrenden Oberflächenfräser, vorzugsweise in Form einer Asphaltfräse, Schneefräse oder eines Surface Miners, mit einer um eine liegende Drehachse antreibbaren Fräswalze und einem Fräswalzenantrieb umfassend zumindest einen Elektromotor, der im Inneren der Fräswalze aufgenommen ist, wobei Stator und Rotor des Elektromotors im Innenraum eines luft- und/oder staubdicht abgedichteten Motorgehäuses aufgenommen sind.
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Oberflächenfräser sind kontinuierlich selbstfahrende Arbeitsmaschinen, die mit Hilfe einer rotierenden Walze eine Boden- oder Asphaltschicht oder dergleichen fräsend zerkleinern und üblicherweise mit Hilfe von Raupenfahrwerken kontinuierlich voranfahren, um die Walze in das Fräsgut zu treiben. Die genannte Walze bildet hierbei das Hauptarbeitsaggregat, das hohe Leistung benötigt und insofern einen geeigneten Antrieb erfordert. Diesbezüglich schlägt die
DE 10 2007 007 996 B4 einen dieselelektrischen Antrieb vor, bei dem die Fräswalze eines Surface Miners mittels eines Elektromotors angetrieben wird, der von einem Generator mit Strom versorgt wird, der wiederum durch ein Dieselaggregat angetrieben wird. Weitere Ausführungen von Surface Minern zeigen auch die Schriften
WO 03/058031 A1 ,
DE 10 2008 008 260 A1 ,
DE 10 2007 044 090 A1 ,
DE 10 2007 028 812 B4 ,
DE 199 41 800 C2 ,
DE 199 41 799 C2 oder
DE 20 2007 002 403 U1 , wobei anstelle der elektromotorischen Antriebe teilweise auch hydraulische Antriebe Verwendung finden, die von einer durch den Dieselmotor angetriebenen Hydraulikpumpe mit hydraulischer Energie gespeist werden.
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Ein Surface Miner mit einem innenliegenden Elektromotorantrieb für die Fräswalze ist aus der
DE 10 2007 007 996 B4 bekannt. Hierbei sind zwei regelbare Kurzschlussläufermotoren mit jeweils einem zugeordneten Planetengetriebe im Inneren des Fräswalzenkorpus aufgenommen, so dass die Fräswalzenantriebe gut gegen äußere Einflüsse und Beschädigung durch z. B. Steine geschützt sind. Um das Getriebe und den Elektromotor jeweils vor Staub zu schützen, sind die gegenüberliegenden Stirnseiten der in einem rohrförmigen Rahmenstück sitzenden Motor-Getriebe-Einheit mit topfförmigen Gehäuseteilen verschlossen, die mit jeweils einer Ringdichtung am Tragrahmen staubdicht angeschlossen sind.
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Bei solchen gekapselten Elektroantrieben im Inneren der Fräswalze kommt es jedoch zu thermischen Problemen, da die am Motor und am Getriebe entstehende Wärme nicht ausreichend abgeführt wird.
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Üblicherweise werden Elektromotoren durch eine Oberflächenkühlung oder Durchzugskühlung mit Fremd- oder Eigenbelüftung gekühlt. Diese bekannten Kühllösungen sind jedoch für den Einsatz von fahrbaren Oberflächenfräsern wie Surface Minern, Asphaltfräsmaschinen und dergleichen aus Gründen des Staubeintrags, der durch eine im bzw. am Erdreich arbeitende Fräswalze entstehen kann, nicht sinnvoll. Zudem könnte der Antrieb im Einsatz auch teilweise im Wasser untertauchen, so dass eine geschlossene Ausführung des Motors bevorzugt ist. Außerdem kann umgekehrt je nach Erdreich am Einsatzort durch einen großen aus dem Motor austretenden Luftstrom eine starke Staubentwickung und -aufwirbelung verursacht werden, die in den meisten Einsätzen nicht akzeptabel ist.
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Insofern wurde schon angedacht, das Ansaugen von Kühlluft über eine Art Schnorchel an einem höheren Punkt der Maschine vorzusehen, da dort eine geringere Staubentwicklung auftritt und damit ein geringerer Staubeintrag in den Motor erzielt wird. Das Problem der Staubentwicklung durch die austretende Kühlluft ist damit allerdings nicht gelöst.
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Die Staubentwicklung weitgehend vermeiden kann man mit einem hermetisch geschlossenen Motor, bei dem auch die austretende Kühlluft in einer Leitung gefasst und wieder zu einem Austritt an einem erhöhten Punkt oben auf der Maschine geführt wird. Dennoch wird ein Rest Staubeintrag in den Motor verbleiben, da die Staubentwicklung bei Oberflächenfräser beträchtlich ist und die Ansaugleitung nicht beliebig hoch ausgeführt werden kann.
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Es wurde daher bereits angedacht, mit einem hermetisch geschlossenen Motor zu arbeiten, bei dem die Luft in einem geschlossenen Luftkreislauf geführt und mittels eines Wärmetauschers mit oben liegendem Lufteintritt und -austritt gekühlt wird. Hierbei besteht allerdings das Problem, dass die dazu erforderlichen großen Luftmengen sehr große Leitungsquerschnitte hinunter in den Fräswalzenantrieb und zurück erfordern, die platzmäßig kaum unterzubringen sind und entsprechend schwierig gegen mechanischen Beschädigungen geschützt werden können.
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Der vorliegenden Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, einen verbesserten fahrbaren Oberflächenfräser der eingangs genannten Art zu schaffen, der Nachteile des Standes der Technik vermeidet und Letzteren in vorteilhafter Weise weiterbildet. Insbesondere soll eine Reduzierung der Wärmebelastung des Fräswalzenantriebs erzielt werden, ohne dies mit einer erhöhten Staubbelastung zu erkaufen.
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Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe durch einen fahrbaren Oberflächenfräser nach Anspruch 1 gelöst. Bevorzugte Ausgestaltungen der Erfindung sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche.
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Es wird also vorgeschlagen, dem im Inneren des Fräswalzenkorpus angeordneten Elektromotor des Fräswalzenantriebs eine Kühlvorrichtung mit einem geschlossenen Flüssigkeitskühlkreis zuzuordnen. Durch die hohe Wärmekapazität einer geeigneten Kühlflüssigkeit wie Öl oder Wasser-Glykol-Gemisch reichen kleine Volumenströme im Flüssigkeitskühlkreis und damit kleine Leitungsquerschnitte aus. Andererseits kann durch die geschlossene Ausbildung des Flüssigkeitskühlkreises jeglicher Staubeintrag in den Fräswalzenantrieb und auch jegliche Staubentwicklung durch Abluft vermieden werden.
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Die Wärmeableitung aus der Kühlflüssigkeit kann grundsätzlich in verschiedener Art und Weise erfolgen. In bevorzugter Weiterbildung der Erfindung besitzt der Flüssigkeitskühlkreis einen außerhalb der Fräswalze angeordneten Wärmetauscher zur Kühlung der Kühlflüssigkeit, der über stirnseitig aus der Fräswalze herausgeführte Kühlflüssigkeitsleitungen, die vorzugsweise am oder im Tragrahmen zur Lagerung des Walzenkorpus verlaufen können, mit einem dem Elektromotor zugeordneten Abschnitt des Flüssigkeitskühlkreises verbunden ist. Der genannte Wärmetauscher könnte prinzipiell auch im Inneren der Fräswalze, jedoch außerhalb des Motorgehäuses angeordnet sein, um die Wärme aus der Kühlflüssigkeit an die Umgebung abzugeben. Jedoch wird bei Anordnung außerhalb der Fräswalze der Ölkühler bzw. Wärmetauscher zur Kühlung der Kühlflüssigkeit besser von der Umgebungsluft angeströmt. Vorteilhafterweise kann der genannte Wärmetauscher an einem Punkt deutlich oberhalb der Fräswalze an der Maschine angeordnet sein, um ein Zusetzen des Wärmetauschers durch Staub zu vermeiden. Grundsätzlich kommen verschiedene Positionen für die Platzierung des Wärmetauschers in Betracht.
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Um die Kühlflüssigkeit umzuwälzen, ist eine Pumpe vorgesehen, die in vorteilhafter Weiterbildung der Erfindung insbesondere an einem Wellenende der Antriebswelle des Elektromotors angeordnet sein kann, das der Fräswalzenaußenseite zugewandt ist. Hierdurch ist die Pumpe zum Zwecke der Wartung einfach zugänglich. Vorteilhafterweise sitzt die Pumpe hierbei außerhalb des abgedichteten Motorgehäuses, so dass Letzteres nicht geöffnet werden muss, um die Pumpe zu warten.
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Alternativ oder zusätzlich kann die genannte Pumpe auch zur Umwälzung des Getriebeschmierstoffs verwendet werden, der ein mit dem Elektromotor verbundenes Getriebe schmiert. Auch in diesem Fall kann die genannte Pumpe vorteilhafterweise am fräswalzenaußenseitigen Wellenende des Elektromotors außerhalb des abgedichteten Motorgehäuses angeordnet sein. Vorteilhafterweise kann die genannte Pumpe, bzw. Doppel- oder Mehrfachpumpe von der Antriebswelle des Elektromotors angetrieben sein. Alternativ oder zusätzlich kann jedoch auch ein separater Antriebsmotor für die genannte Pumpe Verwendung finden.
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In vorteilhafter Weiterbildung der Erfindung kann an dem genannten fräswalzenaußenseitigen Wellenende des Elektromotors auch eine Bremse angeordnet sein, die vorteilhafterweise auf die Antriebswelle des Elektromotors wirkt und insofern die Übersetzung des an den Elektromotor angeschlossenen Getriebes auch für die Bremswirkung nutzt, so dass eine kleiner dimensionierte Bremse verwendet werden kann. Gleichzeitig wird die Bremse einfach zugänglich und daher leicht zu warten. Sind Pumpe und Bremse gleichzeitig vorgesehen, kann in vorteilhafter Weiterbildung der Erfindung die Bremse zwischen Pumpe und Elektromotor sitzen, wobei vorteilhafterweise sowohl Bremse als auch Pumpe koaxial zur Antriebswelle des Elektromotors angeordnet sind.
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Die Kühlflüssigkeit des Flüssigkeitskühlkreises kann innerhalb des Elektromotors grundsätzlich in verschiedener Art und Weise zirkuliert werden. Beispielsweise kann in Weiterbildung der Erfindung eine Mantelkühlung des Statorblechs oder eine direkte Kühlung der Statorwicklung beispielsweise mit einem Trennzylinder für den Rotor vorgesehen sein. Die Kühlflüssigkeit kann auch durch eine vom Gehäuse gebildete zylindrische Flüssigkeitskammer oder eine Rohrschlange geführt werden, die im Gehäuse eingegossen oder im Statorblechpaket verbaut sein kann. Um eine Kühlung auch des Rotors zu erreichen, kann die Flüssigkeit über eine Drehdurchführung auch durch den Rotor hindurch geführt sein.
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In vorteilhafter Weise sieht die Kühlvorrichtung für den Elektromotor auch eine Kühlung der Wickelköpfe vor. Insbesondere kann die Kühlvorrichtung im Innenraum des abgedichteten Motorgehäuses einen geschlossenen Kühlluftkreis mit Zwangsumwälzung aufweisen, wobei der zuvor genannte Flüssigkeitskühlkreis einen von der Kühlluft des geschlossenen Kühlluftkreises überstrichenen Wärmetauscher zur Kühlung der Kühlluft aufweist. Insbesondere kann die genannte Kühlluft hierbei auch über die Wickelköpfe geführt werden, um diese zu kühlen. Der Kühlluft wird die Wärme dann durch Wärmetausch mit dem Flüssigkeitskühlkreis entzogen, der die Wärme wiederum an die Umgebung abführt.
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Die genannte Zwangsumwälzung der Kühlluft im Motorgehäuseinneren kann vorteilhafterweise durch zumindest ein Lüfterrad bewirkt werden, das auf der Motorwelle sitzen kann, um mit dieser zu rotieren. Vorteilhafterweise können auf gegenüberliegenden Seiten des Rotors zwei solche Lüfterräder auf der Rotorwelle sitzen, die vorteilhafterweise in Form eines Radiallüfters ausgebildet sein kann.
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Läuft der Motor einsatzbedingt häufiger mit Drehzahlen deutlich unterhalb seiner Nenndrehzahl, reicht die Förderwirkung eines solchen Eigenlüfters zur Rotorkühlung nicht mehr aus. In vorteilhafter Weiterbildung der Erfindung kann daher alternativ oder zusätzlich zu den genannten auf der Rotorwelle sitzenden Lüfterrädern auch zumindest ein Lüfterrad vorgesehen sein, das von einem Lüftermotor separat von der Rotorwelle antreibbar ist.
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Alternativ oder zusätzlich kann in Weiterbildung der Erfindung anstatt eines luft- oder flüssigkeitsgekühlten Kurzschlussläufer-Asynchronmotors auch ein Motor Verwendung finden, der keine bzw. fast keine Rotorkühlung benötigt. Insbesondere kann der Elektromotor als Synchronmotor mit Permanentmagnetrotor ausgebildet sein. Bei einem solchen Permanentmagnet-Synchronmotor, der im Rotor keine Stäbe, sondern Permanentmagnete besitzt, gibt es nahezu keine Rotorverluste, so dass keine intensive Rotorkühlung notwendig ist.
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In Weiterbildung der Erfindung wird der geschlossene Kühlluftkreis im Innenraum des abgedichteten Motorgehäuses gezielt über die Wickelköpfe geführt. Hierzu können Luftkanal- und/oder Leitmittel in dem jeweiligen Wickelraum vorgesehen sein, um die Kühlluft durch die Wickelköpfe hindurch sowie über in den Wickelkopfräumen frei liegende Kühlrohrschlangen des Flüssigkeitskühlkreises zu führen. Durch das Herunterkühlen der zirkulierenden Innenluft unmittelbar im bzw. am Wickelkopfraum kann eine effiziente Kühlung der Wickelköpfe erreicht werden, ohne eine kompakte Bauweise zu opfern. Ein Einbetten der Kühlrohrschlangen des Flüssigkeitskühlkreises in den Wickelkopf ist nicht erforderlich.
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Die genannten Kühlluftkanal- und/oder -leitmittel können grundsätzlich verschieden ausgebildet sein. In Weiterbildung der Erfindung sind sie derart beschaffen, dass die Kühlluft am Hals des Wickelkopfes, also am Übergang zwischen Wickelkopf und Statorblechen, durch den Wickelkopf hindurchtritt und um den Wickelkopf herum zirkuliert, wobei der durch den Wickelkopf hindurchtretende Luftstrom zwischen der Wickelkopfaußenseite und dem Gehäuse hindurch, um die Stirnseite des Wickelkopfes herum auf die Innenseite des Wickelkopfes oder umgekehrt um den Wickelkopf herum strömt.
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Insbesondere können die Luftkanal- und/oder -leitmittel am Hals des Wickelkopfs angeordnete, vorzugsweise schlitzförmige Durchgangsausnehmungen im Wickelkopf umfassen, die über den Umfang des Wickelkopfes verteilt sind. Diese Durchgangsausnehmungen im Wickelkopf können durch verschiedene Mittel erzielt werden, die die Wicklungslitzen am Hals des Wickelkopfs auseinander halten oder auseinander spreizen. Beispielsweise könnten hülsenförmige Spreizelemente zwischen den aus den Statorblechen heraustretenden Litzenbündeln vorgesehen sein. In Weiterbildung der Erfindung können auch andere Trennmittel vorzugsweise in Form von Schlingen oder Bändern vorgesehen sein, die die Wicklungslitzen bündeln und die gewünschten schlitzförmigen Durchgangsausnehmungen freihalten.
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Alternativ oder zusätzlich zu den genannten sich radial durch den Wickelkopf erstreckenden Durchgangsausnehmungen können auch in Längsrichtung etwa axial durch den Wickelkopf gehende Kühlluftausnehmungen vorgesehen sein. Sind auch die zuvor beschriebenen radialen Durchgangsausnehmungen vorgesehen, kommunizieren diese vorteilhafterweise mit den genannten axialen Kühlluftausnehmungen. Hierdurch kann eine verbesserte Kühlung auch im Stirnbereich des Wickelkopfes erzielt werden.
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In Weiterbildung der Erfindung definieren die Luftkanal- und/oder -leitmittel für die Kühlluft eine Vielzahl von ringförmig um die Wickelköpfe herumführende Strömungswege, die durch die genannten Durchgangsausnehmungen herum jeweils ringförmig um ein jeweiliges Segment des Wickelkopfes, in dem eine jeweilige Durchgangsausnehmung ausgebildet ist, ringförmig herumführen. Die genannten Strömungswege führen dabei jeweils radial durch eine Durchgangsausnehmung, sodann axial zwischen dem Wickelkopf und dem Maschinengehäuse am Wickelkopf entlang, sodann radial um einen stirnseitigen Wickelkopfabschnitt herum und axial auf einer Wickelkopfinnenseite zurück zur Durchgangsausnehmung, wobei die Strömungsrichtung ggf. auch umgekehrt orientiert sein kann.
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Die Kühlrohrschlangen können grundsätzlich an verschiedener Stelle im Wickelkopf angeordnet sein, wobei sie vorteilhafterweise in einem Abschnitt mit starker Kühlluftzirkulation positioniert sind. Nach einer vorteilhaften Ausführung der Erfindung können die Kühlrohrschlangen an den Stirnseiten der Wickelköpfe angeordnet sein. Hierdurch kann ein hoher Wärmeübergang von der Kühlluft in die Kühlrohrschlangen hinein bei gleichzeitig kompakter Bauweise erzielt werden.
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Um eine Kühlung des Rotors zu erzielen, kann die Kühlluft auch in den Rotor hinein geführt werden. Insbesondere kann hierzu vorgesehen sein, dass die Wickelkopfräume an sich zwar geschlossene, d. h. mit der Außenumgebung der Maschine nicht kommunizierende Luftzirkulationsräume bilden, jedoch miteinander über zumindest einen Luftkanal verbunden sind, der sich axial durch den Rotor hindurch erstreckt. Vorteilhafterweise können vier oder mehr axiale Kühlluftausnehmungen durch den Rotor hindurch führen, über die die beiden Wickelkopfräume und die darin zirkulierende Kühlluft miteinander kommunizieren können.
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In vorteilhafter Weiterbildung der Erfindung wird hierbei die Kühlluft im Gegenstrom durch den Rotor hindurchgeführt. Die zuvor genannten Luftkanal- und/oder -leitmittel umfassen vorteilhafterweise eine Gegenstromeinrichtung, die die Kühlluft gegenläufig durch die Kühlluftausnehmungen im Rotor hindurchleitet. Während ein erster Satz von Kühlluftausnehmungen die Kühlluft von einem linken Wickelkopfraum zu einem rechten Wickelkopfraum führt, dient ein zweiter Satz von Kühlluftausnehmungen im Rotor dazu, die Kühlluft gegenläufig von dem rechten Wickelkopfraum in den linken Wickelkopfraum zu führen.
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Die genannte Gegenstromeinrichtung kann hierbei unmittelbar auf dem Rotor sitzende Aufsatzscheiben umfassen, die Luftdurchtrittslöcher besitzen, die jeweils mit zumindest einem Luftkanal im Rotor in Strömungsverbindung stehen, wobei die auf gegenüberliegenden Stirnseiten des Rotors angeordneten Aufsatzscheiben zueinander drehversetzt sind derart, dass die genannten Luftlöcher der einen Aufsatzscheibe mit einem ersten Satz von Luftkanälen des Rotors kommunizieren und die Luftlöcher der anderen Aufsatzscheibe mit einem zweiten Satz von Luftkanälen des Rotors kommunizieren. Die genannten Aufsatzscheiben können vorteilhafterweise einen Teil der vorgenannten Lüfterräder bilden und schaufelblattähnliche Luftfördermittel aufweisen. Vorteilhafterweise können die genannten Lüfterräder in Form der Aufsatzscheiben radiale Ableitmittel besitzen, die in die Durchgangsausnehmungen in den Wickelkopf führen, während andererseits die Luftdurchtrittslöcher an dem Lüfterteil vorbeiführen und Einlasskanäle bilden, die jeweils mit zumindest einem Kühlluftkanal im Rotor kommunizieren.
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Die Erfindung wird nachfolgend anhand bevorzugter Ausführungsbeispiele und zugehöriger Zeichnungen näher erläutert. In den Zeichnungen zeigen:
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1: eine schematische Darstellung eines selbstfahrenden Oberflächenfräsers, der in Form eines Surface Miners ausgebildet ist, jedoch auch als Asphaltfräse ausgebildet sein kann, nach einer vorteilhaften Ausführung der Erfindung,
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2: einen schematischen Längsschnitt durch die Fräswalze des Oberflächenfräsers aus 1, der die im Inneren der Fräswalze aufgenommenen Fräswalzenantriebe jeweils in Form eines Elektromotors mit einem daran gekoppelten Planetengetriebe zeigt,
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3: einen Längsschnitt durch einen der Elektromotoren aus 2, der den geschlossenen Kühlluftkreis im abgedichteten Motorgehäuse zeigt, wobei die Kühlluft durch axiale Kühlluftausnehmungen im Rotor gegenläufig von einem Wickelkopfraum zum gegenüberliegenden Wickelkopfraum und zurück geführt wird,
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4: einen Längsschnitt durch einen der Elektromotoren aus 2 nach einer weiteren Ausführung der Erfindung, gemäß der ein Axiallüfter auf der Welle außerhalb des Lagerschilds des Motors vorgesehen ist, und
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5: einen Längsschnitt durch einen der Elektromotoren aus 2 nach einer weiteren vorteilhaften Ausführung der Erfindung, gemäß der der Elektromotor als Synchronmotor mit Permanentmagnetrotor ausgebildet ist und der Kühlluftkreis zur Kühlung der Wickelköpfe vorgesehen ist und gegenläufig durch Ausnehmungen im Rotor von dem einen Wickelkopfraum zum gegenüberliegenden Wickelkopfraum und zurück geführt wird.
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1 zeigt einen selbstfahrenden Oberflächenfräser wie Surface Miner oder Asphaltfräser, dessen Hauptarbeitsaggregat eine um eine liegende Achse drehbar antreibbare Fräswalze 2 bildet, an deren Umfang Schneidwerkzeuge angebracht sind, um eine Bodenschicht oder Asphaltschicht fräsend zu zerkleinern. Der Oberflächenfräser 1 wird hierbei mittels der Raupenfahrwerke 3 kontinuierlich verfahren, so dass die genannte Fräswalze 2 kontinuierlich eine Vorschubbewegung erfährt. Der Maschinenkorpus 4, der durch die genannten Raupenfahrwerke 3 fahrbar auf dem Boden abgestützt ist und die genannte Fräswalze 2 trägt, umfasst weiterhin noch Fördermittel zum Abfördern des Fräsgutes. Das Fräsgut wird von der Fräserwalze her kommend auf einen Aufnahmeförderer 5 übernommen, der das Gut auf einen Beladeförderer 6 übergibt, um das zerkleinerte Gut beispielsweise auf einen Truck überzuladen. Die genannten Aufnahme- und Beladeförderer 5 und 6 können beispielsweise als Bandanlagen ausgebildet sein.
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Die vorgenannte Fräswalze 2 kann gemäß 2 mittels Elektromotoren 20 angetrieben werden, die über ein Getriebe in Form eines Umlaufgetriebes 8 mit der Fräswalze 2 verbunden und ggf. im Inneren der Fräserwalze untergebracht sein können. Die aus jeweils einem Elektromotor 20 und einem Umlaufgetriebe 8 bestehenden Fräswalzenantriebe 7 dienen gleichzeitig auch der Lagerung des Walzenkorpus 9. Wie 2 zeigt, sind die beiden Fräswalzenantriebe 7 rechts und links im Inneren des Walzenkorpus 9 angeordnet, so dass sie möglichst nicht über die Stirnseite des Walzenkorpus 9 hervorragen. Der Elektromotor 20 eines jeden Fräswalzenantriebs 7 ist hierbei mit seinem Motorgehäuse 21 über ein Getriebegehäuseteil 40 starr an einem Tragrahmenteil 33 befestigt, das stirnseitig in den Walzenkorpus 9 hineingreift und mit dem Maschinenkorpus 4 des Oberflächenfräsers 1 verbunden ist. Alternativ kann das Motorengehäuse 21 einen Teil des Getriebegehäuses bilden. Ein zweiter Getriebegehäuseteil 34 ist demgegenüber drehbar gelagert, wobei vorteilhafterweise eine möglichst weit voneinander beabstandete Zweipunktlagerung vorgesehen ist, die axial und radial fest ausgebildet ist. In der gezeichneten Ausführung nach 2 ist ein kegelig angestelltes Festlager 35 sowie ein hiervon beabstandetes Radiallager 36 vorgesehen, vgl. 2.
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Das genannte Getriebe 8 ist vorteilhafterweise in Form eines Planetengetriebes ausgebildet, das mehrstufig ausgebildet sein kann, um eine entsprechend große Übersetzungsstufe auf kleinem Bauraum realisieren zu können.
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Als elektrische Energiequelle für die Elektromotoren 20 ist vorteilhafterweise ein Generator vorgesehen, der von einem Verbrennungsmotor beispielsweise in Form eines Dieselaggregats angetrieben wird.
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Vorteilhafterweise können die Elektromotoren 20 von dem Generator her wahlweise über einen Frequenzumrichter oder direkt, d. h. ohne bzw. unter Überbrückung des Frequenzumrichters gespeist werden. Ein Überbrücker bildet sozusagen einen Bypass der Zufuhrleitung um den Frequenzumrichter herum, wobei der genannte Überbrücker durch ein Schaltelement beispielsweise in Form eines Unterbrechers schaltbar ist, so dass der Motor wahlweise über den Frequenzumrichter oder unter Umgehung desselben speisbar ist.
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Anstelle mehrerer Elektromotoren 20 für den Antrieb des Hauptarbeitsaggregats 2 kann auch nur ein Elektromotor vorgesehen sein. In der gezeichneten Ausführung sind zwei Elektromotoren 20 vorgesehen, die jeweils mit der Fräswalze 2 in Antriebsverbindung stehen.
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Die in 3 gezeigte elektrische Maschine 20 umfasst eine Welle 19 mit einem Rotor 12, die drehbar an Lagerschildern gelagert ist, die Teil eines Maschinengehäuses 21 bilden und/oder einen Mantel 22 stirnseitig verschließen, der den Stator 13 der Maschine 20 umgibt. Der genannte Mantel 22 weist eine Mantelkühlung auf, durch die Kühlflüssigkeit eines Flüssigkeitskühlkreises 23 zirkuliert wird. Der genannte Mantel sitzt dabei spaltfrei, bündig und/oder flächig auf den Statorblechen, um einen guten Wärmeübergang aus dem Stator 13 in den Kühlmantel zu erzielen.
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Neben dem genannten Flüssigkühlkreis 23 umfasst die Kühlvorrichtung 24 der elektrischen Maschine 20 eine Luftkühlung 25 zur Kühlung der Wickelköpfe 11, die beiderseits des Stators 13 und des Rotors 12 in die von dem Gehäuse 21, genauer gesagt dem Mantel 22 und den Lagerschildern begrenzten Wickelkopfräume 26 vorspringen. Wie 3 zeigt, umfasst der Stator 13 eine Wicklung 14, die im Statorblech des Stators 13 teilweise eingebettet ist und außerhalb des genannten Statorblechs von beiden Seiten korbartige Wickelköpfe 11 bildet.
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Um die genannten Wickelköpfe 11 zu kühlen, wird mittels Lüfterrädern 16 in jedem der genannten Wickelkopfräume 26 eine interne Kühlluftzirkulation bewirkt, d. h. es wird keine Umgebungsluft durch die Maschine hindurchgeführt bzw. über die Wickelköpfe 11 geführt, sondern ein interner Kühlluftkreislauf erzeugt, der die genannten Wickelköpfe 11 kühlt. Um der Kühlluft die Wärme zu entziehen, sind, wie 3 zeigt, in den Wickelkopfräumen 26 Kühlrohrschlangen 15 vorgesehen, durch die Kühlflüssigkeit zirkuliert wird. Der durch die genannten Kühlrohrschlangen 15 geführte Flüssigkühlkreis kann grundsätzlich separat von dem Flüssigkühlkreis 23 der Mantelkühlung 22 ausgebildet sein. Vorteilhafterweise jedoch kann eine Ankopplung der Kühlrohrschlangen 15 an den Flüssigkühlkreis 23 der Mantelkühlung vorgesehen sein, wobei je nach thermischer Belastung der einzelnen Maschinenteile eine parallele Ankopplung oder auch eine serielle Ankopplung der Kühlrohrschlangen 15 an die Mantelkühlung und den diese speisenden Flüssigkühlkreis 23 vorgesehen sein kann.
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Um eine starke Kühlwirkung auf die zirkulierende Kühlluft zu erzielen, sind die genannten Kühlrohrschlangen 15 auf ihrer Außenseite vorteilhafterweise mit einer Verrippung versehen, beispielsweise in Form von mehrere Axialrippen an jedem Kühlrohr, um die Wärmeübergangsfläche der Kühlrohrschlangen zu vergrößern.
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In der in 3 gezeichneten Ausführungsform sitzen die Kühlrohrschlangen 15 im Wesentlichen an der Stirnseite der Wickelköpfe 11 in einem dort vorgesehen Spalt zwischen der Stirnseite der genannten Wickelköpfe 11 und den Lagerschildern, wobei die genannten Kühlrohrschlangen 15 sich im Wesentlichen ringförmig um die Achse der Welle 19 herum erstrecken.
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Die Lüfterräder 16, die die Luftzirkulation bewirken, sitzen in der Ausführungsform nach 3 unmittelbar auf der genannten Welle 19 und werden von dieser angetrieben. Vorteilhafterweise sind hierbei die genannten Lüfterräder 16 im Innenraum 26 der korbförmigen Wickelköpfe 11 aufgenommen. Die Lüfterräder 16 sind in der gezeichneten Ausführung mit radial wirkenden Schaufelblättern versehen, so dass sie die Luft radial in den ringförmigen Zwischenraum drücken, der von innen her von den Wickelköpfen 11 und von außen her mit dem Mantel 22 begrenzt ist, vgl. 3.
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Wie die 3 und 4 zeigen, sind die Wickelköpfe 11 an ihrem Hals, d. h. im Übergangsbereich zum Statorblech hin mit radialen Durchgangsausnehmungen 37 versehen, die einen Durchtritt der Kühlluft durch die Wickelköpfe 11 hindurch erlauben.
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Die genannten Durchgangsausnehmungen 37 bilden einen Teil von Kanal- und -leitmitteln, die eine ringförmige Luftzirkulation um die korbförmigen Wickelköpfe 11 herum bewirken, wie dies die Strömungspfeile in 3 versinnbildlichen. Die von den Lüfterrädern 16 zum Hals des jeweiligen Wickelkopfs 11 hin gedrückte Kühlluft tritt dort durch die genannten Durchgangsausnehmungen 37 hindurch, wird sodann auf der Außenseite des Wickelkopfes 11 an diesem entlang zwischen Wickelkopf 11 und Mantel 22 hindurch zur Stirnseite des jeweiligen Wickelkopfes 11 und um diese Stirnseite herum zurück auf die Innenseite des Wickelkopfes 11 geleitet. An der Stirnseite des Wickelkopfes 11 streicht die Kühlluft dabei über die Kühlrohrschlangen 15 hinweg, so dass der Kühlluft die Wärme entzogen wird, die ihr zuvor von der Wicklung des Wickelkopfs 11 abgegeben wurde.
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Die Kühlluftführung umfasst ferner Luftkanäle 38 durch den Rotor 12 hindurch von dem einen Wickelkopfraum 26 zu dem anderen Wickelkopfraum auf der gegenüberliegenden Seite und zurück.
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Diese Kühlluftführung wird durch Lüfterräder 16 bewirkt, die als Aufsatzscheiben bzw. Anpressscheiben ausgebildet sind und die unmittelbar auf der Stirnseite des Rotors 12 anliegen und auf der Welle 19 sitzen. Die Lüfterräder bestehen im Wesentlichen aus einem radial auskragenden Flansch, an dem geeignete Luftfördermittel beispielsweise in Form von Förderblättern bzw. Förderschaufeln befestigt sind und Luftdurchtrittslöcher ausgebildet sind, die über den Umfang verteilt sind und mit axialen Kühlluftausnehmungen bzw. Luftkanälen 38 in dem Rotor 12 kommunizieren, die sich in dem genannten Rotor 12 axial hindurch erstrecken und jeweils stirnseitig aus dem genannten Rotor 12 heraustreten. Dabei sind in dem Rotor 12 doppelt so viele Luftkanäle 38 vorgesehen wie in den Aufsatzscheiben Luftdurchtrittslöcher, so dass jede der Aufsatzscheiben mit ihren Luftdurchtrittslöchern nur mit jedem zweiten Luftkanal 38 im Rotor 12 kommuniziert. Hierbei sind die beiden Aufsatzscheiben rotatorisch zueinander versetzt, sodass ein erster Satz von Luftkanälen 38 im Rotor 12 über die Luftdurchtrittslöcher mit dem linken Innenraum des Wickelkopfs 11 kommuniziert, während ein zweiter Satz von Luftkanälen 38 des Rotors 12 über die Luftdurchtrittslöcher in der anderen Aufsatzscheibe mit dem Innenraum des Wickelkopfs 11 auf der rechten Seite kommuniziert, so dass die in 3 durch die Strömungspfeile versinnbildlichte Kühlluftzirkulation erreicht wird.
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Die Kühlluftzirkulation gestaltet sich wie folgt: Der Lüfterteil der Lüfterräder 16, der radial arbeitet drückt die Kühlluft durch die am Hals der Wickelköpfe 11 vorgesehenen Durchgangsausnehmungen 37 hindurch auf die Außenseite der Wickelköpfe 11. Die durch die Durchgangsausnehmungen 37 hindurchgedrückte Kühlluft zirkuliert sodann ähnlich der in 3 gezeigten Luftführung um die Wickelköpfe 11 herum, wobei sie auf der Außenseite zwischen dem jeweiligen Wickelkopf 11 und dem Mantel 22 hindurchstreicht, sodann um die Stirnseite des Wickelkopfes 11 herum und über die Kühlrohrschlangen 15 hinweg, von wo sie auf die Innenseite der Wickelköpfe 11 gelangt. Von dort wird die Kühlluft in die Luftdurchtrittslöcher der jeweiligen Aufsatzscheibe gedrückt, die insofern Einlasskanäle für die Luftkanäle 38 des Rotors 12 bilden. Die Kühlluft strömt sodann durch die genannten Kühlluftkanäle 38 durch den Rotor 12 hindurch, um auf der anderen Rotorseite auf das Lüfterteil des Lüfterrades 16 der dort vorgesehenen Aufsatzscheibe zu gelangen. Dort zirkuliert sodann die Kühlluft in entsprechender Weise durch den und um den Wickelkopf 11 herum und sodann gegenläufig durch den Rotor 12 hindurch zurück, so dass im Rotor 12 eine gegenläufige Kühlluftströmung durch die zuvor genannten zwei Lüfterräder 16 erzeugt wird.
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Die in 4 dargestellte elektrische Maschine weist grundsätzlich einen ähnlichen Aufbau wie die Maschine in 3 auf, wobei der Unterschied hierzu im Wesentlichen darin besteht, dass die Strömung des Innenluftstroms durch ein Lüfterrad 31 erzeugt wird, das außerhalb des Lagerschildes auf der Welle befestigt ist und den Innenluftstrom nach der Kühlrohrwendel 15 der in 4 rechten Seite in die Luftkanäle 38 des Rotors presst. Das genannte Lagerschild weist hierbei Kühlluftaustrittsund -eintrittsöffnungen auf, so dass der Kühlluftstrom über die Außenseite des genannten Lagerschilds zirkuliert werden kann. Auf der genannten Außenseite des Lagerschildes sitzt hierzu eine napfförmige Gehäusekappe, durch die ein geschlossener Kühlluftkreislauf vorgesehen ist. Im Stillstand oder bei niedrigen Drehzahlen kann eine intensive Kühlung der elektrischen Maschine 20 durch einen Lüftermotor erreicht werden. Hierbei treibt der Lüftermotor ein zusätzliches Lüfterrad an, welches auf dem Lüftermotor sitzt, der wiederum auf der Außenseite des Lagerschilds sitzt.
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Bei der Ausführung nach 5 ist der Elektromotor als Synchronmotor mit Permanentmagnetrotor ausgebildet, der im Rotor keine Stäbe, sondern Permanentmagnete hat. Hierdurch gibt es nahezu keine Rotorverluste, so dass der Motor keine intensive Rotorkühlung benötigt. Wie 5 zeigt, kann der Flüssigkeitskühlkreis 23 einen Mantelkühlabschnitt aufweisen, um den Mantel 22 zu kühlen, und ferner in der genannten Weise die Kühlrohrschlangen 15 in den Wickelkopfräumen 26 umfassen, um dort die Kühlluft zu kühlen.
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Der Permanentmagnetmotor 20 umfasst einen Rotor 12, der mit Permanentmagneten 18 ausgestattet ist und auf der Welle 19 sitzt, sowie einem Stator 13, der durch die genannte Mantelflüssigkeitskühlung gekühlt wird, die mit einem externen Wärmetauscher in Reihe, parallel oder gemischt geschaltet werden kann. Die auf der Motorwelle 19 sitzenden Lüfterräder 16 setzen den Innenluftstrom in den jeweiligen Wickelkopfräumen 26 in Bewegung. Die Luft strömt sowohl über die Wicklung 14 als auch die Kühlrohrschlangen 15, die vorzugsweise aus Rippenrohr bestehen, im jeweiligen Wickelkopfraum 26 und bilden einen geschlossenen Kreislauf.
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Wie die 3 bis 5 zeigen, sitzt vorteilhafterweise am Ende der Antriebswelle 19 des Elektromotors 20, das der Außenseite des Walzenkorpus 9 der Fräswalze 2 zugewandt ist, eine Pumpe 27, die zur Umwälzung der Kühlflüssigkeit des Flüssigkeitskühlkreises 23 und/oder zur Umwälzung des Schmierstoffs des an den Elektromotor 20 angeschlossenen Planetengetriebes 8 dienen kann. Wird als Kühlflüssigkeit Öl verwendet, kann ggf. das Öl sowohl durch den Elektromotor zur dortigen Kühlung als auch durch das Getriebe zur dortigen Schmierung und Kühlung durchgepumpt werden. Alternativ kann die Pumpe jedoch auch zwei separate Pumpenstufen umfassen, von denen die eine die Kühlflüssigkeit und die andere den Schmierstoff des Getriebes umwälzt.
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Die genannte Pumpe 27 wird vorteilhafterweise von der Antriebswelle 19 des Elektromotors 20 angetrieben.
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Wie 2 zeigt, kann zusätzlich zu der Pumpe 27 an dem genannten Wellenende auch noch eine Bremse 28 angeordnet werden. Ggf. können auch noch weitere Zusatzelemente wie beispielsweise ein Drehzahlsensor dort angebaut sein. Durch die Anordnung der Pumpe 27 und der Bremse 28 außerhalb des Motorgehäuses 21 auf dem fräswalzenaußenseitigen Wellenende des Elektromotors 20 sind die genannten Baugruppen leicht zugänglich, wodurch die Verfügbarkeit der Maschine weiter gesteigert werden kann. Diese wartungsfreundliche Konstruktion bietet weiterhin den Vorteil, dass die Bremse 28, auch wenn diese nur als Haltebremse ausgelegt ist, trotzdem für einen Notstopp genutzt werden kann, selbst wenn sie dabei thermisch überlastet wird. Durch die Zugänglichkeit ist nämlich eine schnelle Instandsetzung möglich. Weiterhin ist durch die Anbringung der Pumpe 27 am Wellenende des Elektromotors 20 keine weitere zusätzliche Energiezuführung beispielsweise über ein Kabel notwendig.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 102007007996 B4 [0002, 0003]
- WO 03/058031 A1 [0002]
- DE 102008008260 A1 [0002]
- DE 102007044090 A1 [0002]
- DE 102007028812 B4 [0002]
- DE 19941800 C2 [0002]
- DE 19941799 C2 [0002]
- DE 202007002403 U1 [0002]
