DE102012002024B3

DE102012002024B3 - Kühlmantel für eine Kraft- oder Arbeitsmaschine

Info

Publication number: DE102012002024B3
Application number: DE102012002024A
Authority: DE
Inventors: Patentinhaber gleich
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2012-02-03
Filing date: 2012-02-03
Publication date: 2013-05-23
Anticipated expiration: 2032-02-04
Also published as: WO2013113560A3; WO2013113560A2

Abstract

Kühlmantel (2) für eine Kraft- oder Arbeitsmaschine, umfassend die folgenden Bauteile und Merkmale: – eine zylindrische Kühlschale (2.2) ist zwischen einer inneren Deckschale (2.1) und einer äußeren Deckschale (2.3) sandwichartig eingeschlossen; – die Kühlschale (2.2) ist von wenigstens einem im Wesentlichen mäanderförmigen Kühlkanal (2.4) durchzogen, der durch die innere Deckschale (2.1) und die äußere Deckschale (2.3) abgedeckt ist und eine Ein- und eine Auslassbohrung (2.3.1 und 2.3.2) aufweist; – der mäanderförmige Kühlkanal (2.4) wird durch axialgerichtete Finger (2.2.2) und diese verbindende quer verlaufende Kammstege (2.2.1) gebildet; – die Dichtheit einzelner axialverlaufender Abschnitte des Kühlkanals (2.4) zueinander wird durch Verspannen, Verpressen oder Verschweißen der drei Schalen (2.1, 2.2 und 2.3) hergestellt.

Description

Die Erfindung betrifft einen Kühlmantel zum Kühlen einer Kraft- oder Arbeitsmaschine. Bei der Kraftmaschine geht es insbesondere um einen Elektromotor. Der Kühlmantel ist dazu bestimmt, den Motorkörper der Kraft- oder Arbeitsmaschine zu umgeben.
Es gibt eine Vielzahl von Ausführungsformen solcher Kühlmäntel. Der Kühlmantel kann beispielsweise doppelwandig aufgebaut sein. Zwischen den beiden Wänden befindet sich ein Zwischenraum, der mit einem Kühlmedium beschickbar ist.
Bekannte Kühlmäntel haben zahlreiche Kühlkanäle. Diese sind zum Beispiel aufwändig und damit teuer in der Herstellung. Auch ist die Dichtheit nicht immer gewährleistet.
DE 199 50 660 B4 beschreibt eine Kühleinrichtung. Diese umfasst die folgenden Bauteile: Eine kanalführende Kühlschale (LE, KR), die einander gegenüberliegende Begrenzungsflächen aufweist. Die Begrenzungsflächen sind durch eine äußere und eine innere Deckschale gebildet (Innenseite Hüllrohr HR, Außenseite Mantelrohr MR). Die Kühlschale (LE, KR) ist von einem Kühlkanal (KR) durchzogen, der sich zwischen den beiden Begrenzungsflächen erstreckt und einen Einlass (ZU) sowie einen Auslass (AB) für ein Kühlmedium aufweist. Hierbei werden Bauteile einer Kühlschale auf eine innere Deckschale aufgebracht, und dann die äußere Deckschale aufgeschoben. Bei den Bauteilen der Kühlschale handelt es sich um eine gewickelte Wendel.
DE 196 24 519 A1 beschreibt eine Kühleinrichtung für eine elektrische Maschine, umfassend ein Gehäuse mit einem Gehäuseinnenteil und einem Gehäuseaußenteil. Das Gehäuseinnenteil umfasst ein System von mäanderförmig verlaufenden Kühlkanälen, die einen Großteil der Außenfläche des Gehäuseinnenteiles bedecken. DE 198 54 464 C2 beschreibt einen flüssigkeitsgekühlten Generator. Dabei ist ein Kühlkanal vorgesehen, der mäanderförmig verläuft.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Kühlmantel zu schaffen, insbesondere für einen Elektromotor, der derart gestaltet ist, dass die Herstellungskosten geringer werden, bei guter Funktionalität. Die Erfindung betrifft ferner ein Verfahren zum Herstellen eines solchen Kühlmantels. Das Verfahren soll einfach durchführbar sein und die Herstellung eines Kühlmantels als kompakte Baueinheit erlauben. Ein Schweißen soll nach Möglichkeit vermieden werden, um ein Verziehen des Kühlmantels zu umgehen. Ein Laserschweißen hingegen kann für das Verschweißen der Enden zulässig sein.
Diese Aufgabe wird durch die Merkmale der unabhängigen Ansprüche gelöst.
Die Erfindung ist anhand der Zeichnung näher erläutert. Darin ist im Einzelnen folgendes dargestellt:
1 zeigt in perspektivischer Darstellung den Motorkörper eines Elektromotors mit darauf aufgeschrumpftem Kühlmantel.
2 zeigt in Abwicklung und Draufsicht die mittlere, von Kühlkanälen durchzogene Kühlplatte von 1.
3 veranschaulicht das Verfahren zum Herstellen eines Kühlmantels.
4 zeigt in perspektivischer Darstellung in einer Explosionsansicht die drei Schalen eines Kühlmantels 2 in abgewickeltem Zustand.
In 1 sieht man im Einzelnen Folgendes: Der Motorkörper 1 eines Elektromotors ist umgeben von einem Kühlmantel 2. Motorkörper 1 besteht aus Stahl.
Kühlmantel 2 umfasst drei Zylinderschalen, nämlich eine innere Deckschale 2.1, eine äußere Deckschale 2.3 sowie zwischen diesen beiden sandwichartig eingeschlossen eine Kühlschale 2.2. Die Kühlschale 2.2 weist wenigstens einen Kanal auf, hier 2.4. Dieser hat einen Einlass und einen Auslass für ein Kühlmedium, im Allgemeinen eine Flüssigkeit. Die innere Deckschale 2.1 sollte wärmleitfähig sein.
Alle Schalen 2.1, 2.2 und 2.3 können aus Edelstahl bestehen. Aber auch andere Materialien sind denkbar. Kühlmantel 2 ist auf den Motorkörper 1 aufgeschrumpft. Auch andere Verbindungsarten sind denkbar.
Bei der Ausführungsform gemäß 1 verlaufen die Kühlkanäle 2.4 im Wesentlichen in Richtung der Längsachse 1.1 des Motorkörpers, die zugleich die Drehachse des Elektromotors ist.
Die beiden Schalen 2.2 und 2.3 können auch aus Kunststoff bestehen. Die innere Deckschale 2.1 und die äußere Deckschale oder wenigstens eine von diesen beiden können auch aus einer Folie gebildet sein.
Der in 2 gezeigte Gegenstand stellt eine im Entstehen begriffene Kühlschale 2.2 dar. Die Kühlschale besteht aus zwei Teilen 2.2.1, 2.2.2. Jedes Teil ist aus einem Holm mit daran hängenden Fingern gebildet. Die beiden Teile 2.2.1 und 2.2.2 sind derart zusammengefügt, dass zwischen den Fingern ein über die Länge der Kühlschale 2.2 kontinuierlicher Kanal 2.4 entsteht.
Ganz wichtig ist die Art der Herstellung der Kühlplatte 2.2 beziehungsweise der daraus gebildeten Kühlschale 2.2. Der Kanal beziehungsweise die Kanäle 2.4 einer jeden Kühlplatte beziehungsweise Kühlschale 2.2 lassen sich sehr vorteilhaft auf verschiedene Möglichkeiten erzeugen. Das Einfachste ist das Stanzen. Die in 2 gezeigten Konturen werden beispielsweise durch Stanzen erzeugt.
Eine weitere Möglichkeit besteht im Anwenden des Laserschneidens.
Eine weitere Möglichkeit besteht in der Anwendung von Hochdruckwasserstrahlen.
Der in 2 gezeigte Gegenstand wird dadurch zur Kühlschale geformt, dass er um eine senkrecht zu seiner Längsachse verlaufende Achse gebogen wird und damit einen Zylinder bildet. In dieser zylindrischen Form wird er verriegelt. Siehe die Riegel 2.5 und die zugehörenden Aussparungen 2.6 zum Aufnehmen der Riegel.
In fertigem Zustand ist die Kühlschale 2.2 auf ihren beiden Flächen von den genannten Deckschalen 2.1 und 2.3 abgedeckt. Hierdurch wird der Kühlkanal 2.4 gebildet.
An einem Ende des damit geschaffenen Kühlmantels befinden sich ein Einlass 2.3.1 und ein Auslass 2.3.2 für das Kühlmittel. Deren Positionen sind in 2 angedeutet.
Man beachte in 2 die Sperre 2.7. Durch diese wird das im Einlass 2.3.1 eintretende Medium gezwungen, in der Darstellung den Weg durch den Kühlkanal 2.4 von oben nach unten zu nehmen. Es gelangt zum Auslass 2.3.2. Es wird somit eine Strömung von einem Anfangspunkt zu einem Endpunkt des Kanals erzwungen.
Der Kühlkanal 2.4 verläuft gemäß der Ausführungsform gemäß 2 in achsparallelen Richtungen, das heißt parallel zur Längsachse des fertigen Kühlmantels 2. Der Kühlkanal könnte jedoch auch in Umfangsrichtung verlaufen, beispielsweise spiralig um die Längsachse 1.1.
Der in 1 gezeigte Motorkörper eines Elektromotors kann der Stator des Motors sein. Es ist aber auch denkbar, dass der Kühlmantel 2 auf den hier nicht gezeigten Motorkörper eines Elektromotors aufgeschoben wird. Die innere Deckschale 2.1 kann aber auch zugleich der Stator des Elektromotors oder einer anderen Kraft- oder Arbeitsmaschine sein.
Die Montage des Kühlmantels ist aus 3 ersichtlich. Die einzelnen Verfahrensschritte ergeben sich aus den 3.1, 3.2, 3.3.
3.1 zeigt die innere Deckschale 2.1. Auf diese ist ein erstes Teil 2.2.1 einer Kühlschale 2.2 aufgeschoben. Das genannte erste Teil 2.2.1 erstreckt sich aber nur über einen Teil der Länge der inneren Deckschale 2.1.
3.2 veranschaulicht den zweiten Verfahrensschritt. Hier wird die äußere Deckschale 2.3 auf das erste Teil 2.2.1 der inneren Deckschale 2.1 aufgeschoben.
Die beiden Deckschalen 2.1 und 2.3 sind etwa gleich lang. Der zwischen diesen beiden gebildete Ringraum ist noch auf einem Teil seiner axialen Länge frei, nämlich in jenem Bereich, in dem sich nicht das erste Teil 2.2.1 der inneren Deckschale 2.1 befindet. In diesem freien Ringraum wird jetzt das zweite Teil 2.2.2 der Kühlschale 2.2 eingeschoben. Dabei greift jeweils ein Finger des einen Teiles in einen Zwischenraum zwischen zwei Fingern des anderen Teiles. Auf diese Weise kommt die in 2 dargestellte Konfiguration zustande. Ganz entscheidend ist Folgendes: Durch entsprechende Bemessung der beteiligten Bauteile, insbesondere der Dicke der beiden Teile 2.2.1 und 2.2.2 sowie des Außendurchmessers von innerer Deckschale 2.1 und des Innendurchmessers von äußerer Deckschale 2.3 lässt sich ein Presssitz erzielen.
Ein weiterer vorteilhafter Effekt kann sich wie folgt ergeben: Zwar hat die Kühlschale 2.2 in gebogenem Zustand in einem achssenkrechten Schnitt gesehen eine Kreisform. Jedoch ist sie genau genommen ein Polygon, weil nämlich die einzelnen Finger beziehungsweise die zwischen den Kanalabschnitten verbleibenden Finger ungebogen bleiben. Die Kanalabschnitte bildenden Begrenzungskanten können an den beiden Deckplatten beziehungsweise Deckschalen 2.1 beziehungsweise 2.3 scharf anliegen. Dies führt zu einer Dichtwirkung. Hierdurch kann auf ein Verschweißen der drei genannten Platten beziehungsweise Schalen verzichtet werden abgesehen vom Verschweißen der Enden mit je einer Laserschweißnaht, vorzugsweise für alle drei Schalen. Die Dichtwirkung ist ausgezeichnet, die Kosten sind niedrig. Wichtig ist die Sequenz der oben dargestellten Aufschiebevorgänge.
Auch könnten auf die miteinander zusammengefügten Teile vor dem Zusammenfügen gegensinnige Krümmungen aufgebracht werden. Hierdurch lässt sich der Effekt der Kantenpressung steigern.
Die Kühlschale 2.2 muss nicht zweiteilig sein, so wie oben dargestellt. Vielmehr kann sie auch aus einem einzigen Bauteil oder mehreren Bauteilen bestehen. Die in 4 gezeigten Gegenstände sind drei Platten, aus denen der erfindungsgemäße Kühlmantel hergestellt wird. Es handelt sich hierbei noch nicht um Schalen, sondern um Platten. Siehe die innere Deckplatte 2.1, die Kühlplatte 2.2 sowie die äußere Deckplatte 2.3. Diese Platten werden im Verlauf des Herstellungsprozesses zu Schalen, somit zur inneren Deckschale 2.1, zur Kühlschale 2.2 und zur äußeren Deckschale 2.3.
Bezugszeichenliste

1: Motorkörper
1.1: Längsachse
2: Kühlmantel
2.1: innere Deckplatte beziehungsweise -schale
2.2: Kühlplatte beziehungsweise -schale
2.2.1: Kammsteg
2.2.2: Finger
2.3: äußere Deckplatte beziehungsweise -schale
2.3.1: Ein- bzw. Auslassbohrung
2.3.2: Ein- bzw. Auslassbohrung
2.4: Kühlkanal
2.5: Riegel
2.6: Aussparung
2.7: Sperre

Claims

Kühlmantel (2) für eine Kraft- oder Arbeitsmaschine, umfassend die folgenden Bauteile und Merkmale: – eine zylindrische Kühlschale (2.2) ist zwischen einer inneren Deckschale (2.1) und einer äußeren Deckschale (2.3) sandwichartig eingeschlossen; – die Kühlschale (2.2) ist von wenigstens einem im Wesentlichen mäanderförmigen Kühlkanal (2.4) durchzogen, der durch die innere Deckschale (2.1) und die äußere Deckschale (2.3) abgedeckt ist und eine Ein- und eine Auslassbohrung (2.3.1 und 2.3.2) aufweist; – der mäanderförmige Kühlkanal (2.4) wird durch axialgerichtete Finger (2.2.2) und diese verbindende quer verlaufende Kammstege (2.2.1) gebildet; – die Dichtheit einzelner axialverlaufender Abschnitte des Kühlkanals (2.4) zueinander wird durch Verspannen, Verpressen oder Verschweißen der drei Schalen (2.1, 2.2 und 2.3) hergestellt.
Kühlmantel (2) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Dichtheit einzelner Abschnitte des Kühlkanals (2.4) zueinander durch eine Fingerformung in Axialrichtung erreicht werden kann, die von der Rundung der inneren und der äußeren Deckschale (2.1, 2.3) der Kraftmaschine so abweicht, dass dadurch eine Dichtwirkung der Fingerkanten und des Fingermittelteils jeweils an der inneren und äußeren Deckschale (2.1, 2.3) durch Verspannung entsteht.
Kühlmantel (2) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Dichtheit einzelner Abschnitte des Kühlkanals (2.4) zueinander durch gezielte Verformung, zum Beispiel Prägen, der inneren oder äußeren Deckschale (2.1, 2.3) an Stellen mit angrenzenden Fingern (2.2.2) hergestellt wird.
Kühlmantel (2) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Dichtheit einzelner Abschnitte des Kühlkanals (2.4) zueinander durch Anschweißen der Finger (2.2.2) an einer oder beiden Deckschalen (2.1, 2.3) erzielt wird.
Kühlmantel (2) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Form der Finger (2.2.2) gerade, gebogen oder eckig ist, um die Strömung im Kühlkanal (2.4) zu beeinflussen.
Kühlmantel (2) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Kühlkanal (2.4) parallel zur Längsachse der Kühlschale (2.2) oder geneigt hierzu oder senkrecht hierzu angeordnet ist.
Kühlmantel (2) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass einzelne Bereiche der Kühlschale (2.2) vor dem Zusammenfügen der Schalen (2.1, 2.2, 2.3) eben sind, oder entgegen der Krümmung der beiden Deckschalen (2.1, 2.3) gekrümmt sind.
Kühlmantel (2) nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass eine Sperre (2.7) vorgesehen ist, die ein Strömen des Kühlmediums nur in einer Richtung zulässt und durch ihre Ausprägung die Abdichtung des Kühlkanals (14) nach außen verbessert.
Kühlmantel (2) nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass die einander zugewandten Endkanten der Kühlschale (2.2) form- oder kraftschlüssig, zum Beispiel puzzleartig, miteinander verriegelt sind.
Verfahren zum Herstellen eines Kühlmantels, der wie folgt aufgebaut ist: – eine zylindrische Kühlschale (2.2) ist zwischen einer inneren Deckschale (2.1) und einer äußeren Deckschale (2.3) sandwichartig eingeschlossen; – die Kühlschale (2.2) ist von wenigstens einem Kanal (2.4) durchzogen, der von den Deckschalen (2.1, 2.3) abgedeckt ist; – die Kühlschale (2.2) ist aus wenigstens zwei Teilen (2.2.1, 2.2.2) aufgebaut, die derart ineinander fügbar sind, dass sie den Kühlkanal (2.4) miteinander bilden; umfassend die folgenden Verfahrensschritte: – das erste Teil (2.2.1) der Kühlschale (2.2) wird auf die innere Deckschale (2.1) aufgeschoben (3.1); – die äußere Deckschale (2.3) wird auf den ersten Teil der Kühlschale (2.2) aufgeschoben (3.2); – das zweite Teil (2.2.2) der Kühlschale (2.2) wird in den verbliebenen Zwischenraum zwischen der inneren Deckschale (2.1) und der äußeren Deckschale (2.3) eingeschoben (3.3), sodass die Teile der Kühlschale (2.2) unter Belassen eines Kühlkanals (2.4) miteinander zusammengefügt werden.