DE102012011356A1

DE102012011356A1 - Kühlvorrichtung zum Kühlen einer elektrischen Maschine

Info

Publication number: DE102012011356A1
Application number: DE102012011356A
Authority: DE
Inventors: Auf Nichtnennung Antrag
Original assignee: Lloyd Dynamowerke & Co KG GmbH
Current assignee: Lloyd Dynamowerke & Co KG GmbH
Priority date: 2011-06-14
Filing date: 2012-06-11
Publication date: 2012-12-20
Also published as: DE202011102803U1

Abstract

Bei einer Kühlvorrichtung zum Kühlen einer elektrischen Maschine (10, 44), insbesondere eines Drehstromgenerators und/oder Statorgehäuses (12), mit einer Kühlplatte (17), die eine erste flächige Seite (20) und eine von der ersten flächigen Seite (20) abgewandt angeordnete zweite flächige Seite (21) hat, und mit einem Kühlkanal, der in der Kühlplatte (17) eingelassen ist, wird ein einfacher Aufbau und/oder eine bessere Kühlwirkung erreicht, wenn der Kühlkanal als eine, insbesondere U-förmige, in der zweiten flächigen Seite (21) der Kühlplatte (17) angeordnete Kühlgasse (22) ausgebildet ist, wobei die erste flächige Seite (20) der Kühlplatte (17) an einer Haltefläche (16) der elektrischen Maschine (10, 44) befestigt ist.

Description

Die Erfindung betrifft eine Kühlvorrichtung zum Kühlen einer elektrischen Maschine, insbesondere eines Drehstromgenerators und/oder Statorgehäuses, mit einer Kühlplatte, die eine erste flächige Seite und eine von der ersten flächigen Seite abgewandt angeordnete zweite flächige Seite hat, und mit einem Kühlkanal, der in der Kühlplatte eingelassen ist.
Eine derartige Kühlvorrichtung ist aus der DE 1 978 801 U bekannt. Hier ist eine Kühlleitung in einem Kühlkanal einer Kühlplatte eingegossen. Hierbei ist von Nachteil, dass die Herstellung mittels Eingießen einer Kühlleitung mit einem hohen Aufwand verbunden ist. Hierbei besteht die Gefahr, dass die Kühlleitung beschädigt wird. Eine eingegossene Kühlleitung lässt sich bei einer Beschädigung entweder gar nicht oder nur mit einem hohen Aufwand reparieren. Zudem muss zunächst mittels des in der Kühlleitung strömenden Kühlmittels die Kühlleitung selbst gekühlt werden. Mittels der gekühlten Kühlleitung erfolgt dann ein Kühlen der Kühlplatte und deren Oberfläche. Hierbei besteht die Gefahr, dass die erreichbare Kühlleistung für die Kühlung von elektrischen Maschinen, wie beispielsweise Drehstromgeneratoren und/oder Statorgehäusen, nicht ausreichend ist.
Es ist daher das der Erfindung zugrunde liegende Problem, eine Kühlvorrichtung der eingangs genannten Art derart weiterzuentwickeln, dass ein einfacher Aufbau und/oder eine bessere Kühlwirkung erreicht ist.
Zur Lösung des der Erfindung zugrunde liegenden Problems ist die Kühlvorrichtung der eingangs genannten Art dadurch gekennzeichnet, dass der Kühlkanal als eine, insbesondere U-förmige, in der zweiten flächigen Seite der Kühlplatte angeordnete Kühlgasse ausgebildet ist, wobei die erste flächige Seite der Kühlplatte an einer Haltefläche der elektrischen Maschine befestigt ist.
Hierbei ist von Vorteil, dass aufgrund der Gestaltung des Kühlkanals als eine in die Kühlplatte eingelassene Kühlgasse ein einfacher Aufbau einer Kühlvorrichtung erreichbar und eine bessere Kühlleistung realisierbar ist. Ein Einlassen von separaten Kühlleitungen in die Kühlplatte wird vermieden. Die Gefahr von Beschädigungen ist hierdurch reduziert. Die Kühlgasse selbst ist zum Aufnehmen eines Kühlmittel vorgesehen. Hierdurch ist eine unmittelbare Kühlung der Kühlplatte und damit eine bessere Kühlleistung erreichbar. Die Kühlgasse weist vorzugsweise zwei einander zugewandte und/oder gegenüberliegende Wände auf. Insbesondere ist ein Kühlgassengrund vorgesehen. Eine dem Kühlgassengrund zugewandte und/oder gegenüberliegende Kühlgassendecke ist in der Kühlplatte zwischen den beiden Wänden nicht vorgesehen. Insbesondere ist die Kühlgasse als eine Art Nut in die zweite flächige Seite Kühlplatte ausgebildet. Aufgrund der plattenartigen Gestalt der Kühlplatte hat die Kühlplatte vorzugsweise eine Flächenebene. Der Kühlkanal bzw. die Kühlgasse verlaufen hinsichtlich ihrer Axialausrichtung in der Flächenebene. Die Kühlplatte kann als ein Gussteil hergestellt sein, vorzugsweise ist die Kühlplatte aus Aluminium gegossen.
Die Haltefläche ist ein Teil der zu kühlenden elektrischen Maschine, insbesondere ein Teil eines Statorgehäuses und/oder Statorblechpakets. Insbesondere ist die Haltefläche als eine zu kühlende Wärmefläche ausgebildet. Hierbei kann über die Wärmefläche Wärme von der elektrischen Maschine an die Kühlplatte, insbesondere an ein Kühlmittel in der Kühlgasse, abgegeben werden. Die erste flächige Seite der Kühlplatte ist unmittelbar oder mit einer Wärmeleitpaste und/oder einem Wärmeleitklebstoff zwischen der Haltefläche und der ersten flächigen Seite der Kühlplatte an der Haltefläche montierbar.
Vorzugsweise hat die Kühlgasse in einer Flächenebene der Kühlplatte einen mäandrierenden Verlauf. Hierdurch ist ein hoher Flächenanteil für eine hohe Kühlleistung erreichbar. Die Fläche bzw. Flächenebene der Kühlplatte ist optimal ausnutzbar. Die Kühlplatte kann einen rahmenartigen Randbereich aufweisen, der die Kühlgasse umfasst. Somit wird die Kühlgasse im Randbereich der Kühlplatte vom Kühlplattenmaterial umschlossen. Der rahmenartige Randbereich ist beispielsweise zum Anordnen mindestens eines Anschlusses, insbesondere zum Anschließen der Kühlgasse an eine Kühlmittelleitung und/oder an eine weitere Kühlplatte, und/oder zum Anordnen von Befestigungsmitteln zum Befestigen der Kühlplatte an einer zu kühlenden elektrischen Maschine nutzbar.
Nach einer weiteren Ausführungsform ist an mindestens einer Seitenfläche der Kühlplatte ein Einlass und/oder ein Auslass zum Anschluss einer weiteren Kühlplatte und/oder an eine Kühlmittelleitung angeordnet. Vorzugsweise ist die Seitenfläche dem rahmenartigen Randbereich zugeordnet. Der Einlass und/oder Auslass kann in der Gestalt eines bis zur Kühlgasse führenden Durchlasses ausgebildet sein. Hierbei führt der vorzugsweise als Bohrung ausgebildete Durchlass von der Seitenfläche der Kühlplatte bis in die Kühlgasse.
Gemäß einer Weiterbildung ist mindestens eine, insbesondere mittels lösbaren Befestigungsmitteln befestigbare, Abdeckplatte zum Abdecken der zweiten flächigen Seite vorgesehen. Mittels der Abdeckplatte ist die Kühlgasse auf der zweiten flächigen Seite vollständig abgedeckbar. Vorzugsweise erfolgt mittels der Abdeckung zugleich auch eine Abdichtung zwischen der Kühlgasse bzw. der zweiten flächigen Seite und der Abdeckung. Somit ist die Kühlgasse mittels der Abdeckung auf der zweiten flächigen Seite der Kühlplatte, insbesondere im Umfangsbereich der Kühlgasse, verschließbar und/oder geschlossen.
Nach einer alternativen auch unabhängig von der vorliegenden Erfindung denkbaren Ausführungsform ist die Abdeckplatte als ein Wärmetauscher ausgebildet. Vorzugsweise ist eine von der Kühlplatte abgewandte flächige Wärmetauscherseite der Abdeckplatte bzw. des Wärmetauschers in einer Wärmeabführeinrichtung, insbesondere eines Primärkühlkreislaufs, angeordnet. Hierbei ist die Wärmetauscherseite der Abdeckplatte für ein zu kühlendes Wärmeträgermedium vorgesehen. Hierbei ist unter einem Wärmeträgermedium ein fluides, insbesondere gasförmiges, Kühlmittel zu verstehen, dass die Maschine, insbesondere Oberflächen von Wickelköpfen, eines Läufers und/oder eines Stators, kühlt, sich hierdurch erwärmt und diese Wärme von der Maschine weg und/oder aus der Maschine heraus führt. Das fluide Wärmeträgermedium, insbesondere Luft, ist in dem Primärkühlkreislauf durch die zu kühlende Maschine führbar.
Das Wärmeträgermedium wird an einem ersten Ende, insbesondere mittels einer Auslassöffnung, aus der Maschine heraus und in die Wärmeabführeinrichtung hineingeführt. Vorzugsweise ist die Wärmeabführeinrichtung kanalartig ausgebildet und insbesondere gegenüber der Umgebung abgedichtet. Nach dem Durchströmen der Wärmeabführeinrichtung und einem Abkühlen des Wärmeträgermediums an der Wärmetauscherseite, ist das Wärmeträgermedium an einem von dem ersten Ende abgewandten zweiten Ende der Maschine, insbesondere mittels einer Einlassöffnung, wieder in die zu kühlende Maschine einleitbar. Vorzugsweise weist die Wärmetauscherseite innerhalb der Wärmeabführeinrichtung angeordnete Rippen auf. Hierdurch wird die Oberfläche des Wärmetauschers vergrößert, wodurch die Leistung des Wärmetauschers vergrößert. Die Rippen und/oder die Abdeckplatte bzw. der Wärmetauscher ist als ein, insbesondere einstückiges, Gussteil herstellbar. insbesondere ist die Abdeckplatte in der Ausbildung als Wärmetauscher als ein integraler Bestandteil der Wärmeabführeinrichtung ausgebildet. Vorzugsweise ist die Wärmeabführeinrichtung Teil eines gegenüber der Umgebung geschlossenen Primärkühlkreislaufs.
Die Wärmetauscherseite der Abdeckplatte und/oder die Rippen sind mittels des in der Kühlgasse strömenden Kühlmittels kühlbar. Hierdurch ist das Wärmeträgermedium beim Strömen entlang der Wärmetauscherseite und/oder den Rippen kühlbar. Vorzugsweise ist die Kühlgasse Teil eines Sekundärkühlkreislaufs, insbesondere mit einem flüssigen Kühlmittel. Somit ist die Abdeckplatte bzw. der Wärmetauscher vorzugsweise als eine wärmeleitfähige Verbindung zum Wärmeaustausch zwischen dem Primärkühlkreislauf, insbesondere dem Wärmeträgermedium, und dem Sekundärkühlkreislauf, insbesondere dem Kühlmittel in der Kühlgasse, ausgebildet. Hierbei tritt kühles Kühlmittel mittels eines Einlass in die Kühlplatte bzw. Kühlgasse ein und erwärmte Kühlflüssigkeit tritt mittels eines Auslass aus der Kühlplatte bzw. Kühlgasse aus. Das erwärmte Kühlmittel kann mittels eines weiteres Wärmetauschersystems zur erneuten Verwendung wieder herunter gekühlt werden.
Auf die Wärmetauscherseite und/oder auf die Rippen der Abdeckplatte bzw. des Wärmetauschers ist eine, insbesondere plattenartige, Abdeckung anordenbar. Vorzugweise sind bei einer Montage der Abdeckung an der Wärmetauscherseite der Abdeckplatte bzw. des Wärmetauschers hinsichtlich ihres Umfangs geschlossene Wärmeabführkanäle für das Wärmeträgermedium gebildet.
Nach einer weiteren Ausführungsform ist die Abdeckplatte zum Ausbilden einer, insbesondere im Umfangsbereich, geschlossenen Kühlgasse an der von der Haltefläche abgewandten Seite der Kühlplatte befestigbar. Hierbei ist die Abdeckplatte unmittelbar oder mit einem Abdichtmittel zwischen der Abdeckplatte und der Kühlplatte an die Kühlplatte montierbar. Insbesondere ist mit dem Befestigen der Abdeckplatte zugleich eine Abdichtung zwischen der Abdeckplatte und der Kühlplatte realisierbar. Durch das Anbringen der Abdeckplatte an der Kühlplatte ist die Kühlgasse mindestens auf der der Abdeckplatte zugewandten flächigen Seite der Kühlplatte geschlossen. Vorzugsweise liegt die zweite flächige Seite der Kühlplatte an der Abdeckplatte an. Ein in die geschlossene Kühlgasse einleitbares fluides Kühlmittel, insbesondere Kühlwasser, tritt in direkten Kontakt mit dem Material der Kühlplatte. Hierdurch ist ein effektiver Wärmeaustausch und eine hohe Kühlleistung gewährleistet.
Vorzugsweise sind drei Bauausführungen der erfindungsgemäßen Kühlvorrichtung realisierbar. In einer ersten Bauausführung ist die Kühlplatte der Kühlvorrichtung mit der ersten flächigen Seite der Kühlplatte an einer als Wärmefläche ausgebildeten Haltefläche montiert. Die zweite flächige Seite der Kühlplatte ist von einer Abdeckplatte abgedeckt. Die Abdeckplatte kann als ein separates Bauteil ausgebildet sein. Die Wärme innerhalb des Generators wird mittels geeigneter Einrichtung und/oder einem fluiden Wärmeträgermedium, insbesondere Luft, an die Haltefläche bzw. Wärmefläche geleitet. Hierzu kann ein Primärkühlkreislauf vorgesehen sein. In dieser ersten Bauausführung wird somit die Wärmefläche, beispielsweise eines Drehstromgenerators und/oder Statorgehäuses, gekühlt.
Eine zweite Bauausführung entspricht zunächst der ersten Bauausführung, jedoch ist die Abdeckplatte hier als ein Wärmetauscher ausgebildet und, insbesondere die von der Kühlplatte abgewandte Wärmetauscherseite der Abdeckplatte, Teil einer Wärmeabführeinrichtung. Die Wärmeabführeinrichtung kann Teil eines Primärkühlkreislaufs sein, bei dem ein fluides Wärmeträgermedium in einem geschlossenen Kreislauf durch die elektrische Maschine geführt wird. Hierbei erwärmt sich das Wärmeträgermedium innerhalb der elektrischen Maschine. Das erwärmte Wärmeträgermedium wird an einem ersten Ende aus der Maschine und in die Wärmeabführeinrichtung geleitet. Innerhalb der Wärmeabführeinrichtung wird das Wärmeträgermedium mittels der Wärmetauscherseite der Abdeckplatte und/oder den Rippen gekühlt. Vorzugsweise wird das Wärmeträgermedium mittels der Wärmeabführeinrichtung von dem ersten Ende der Maschine zu einem von dem ersten Ende abgewandten zweiten Ende der Maschine geführt. Am zweiten Ende der Maschine wird das gekühlte Wärmeträgermedium wieder in die Maschine geleitet. Somit kann bei der zweiten Bausausführung eine Kühlung des Drehstromgenerators gleichzeitig sowohl über eine Kühlung der Wärmefläche als auch über eine Kühlung der Strömung des Wärmeträgermediums mittels der Wärmetauscherseite der Abdeckplatte bzw. des Wärmetauschers erfolgen. Hierdurch ergibt sich eine besonders effektive Kühlung mit einer großen Kühlleistung. Zugleich ist eine kompakte und einfache Bauweise realisierbar.
Die dritte Bausausführung entspricht weitgehend der zweiten Bauausführung, jedoch ist hier die Wärmefläche lediglich als Haltefläche ausgebildet. Eine Kühlung über die Haltefläche ist vorzugsweise nicht vorgesehen. Hierdurch ergeben sich erweiterte Montagemöglichkeiten für die Kühlvorrichtung.
Vorzugsweise ist die Kühlplatte mittels Befestigungsmitteln zusammen mit der Abdeckplatte an der Haltefläche befestigbar. Dies ermöglicht eine einfache und schnelle Montage.
Von besonderem Vorteil ist eine elektrische Maschine, insbesondere ein Drehstromgenerator und/oder ein Stator, mit mindestens einer erfindungsgemäßen Kühlvorrichtung, und vorzugsweise mit mindestens einer Haltefläche. Elektrische Maschinen, beispielsweise Drehstromgeneratoren und/oder Statoren, erzeugen im Betrieb Wärme, die sich negativ auf den Wirkungsgrad auswirken kann. Daher ist eine möglichst effektive Wärmeabfuhr erforderlich, um den Wirkungsgrad zu erhöhen. Dies ist mit der erfindungsgemäßen Kühlvorrichtung erreichbar.
Gemäß einer Weiterbildung der elektrischen Maschine ist die Haltefläche als eine Wärmefläche, insbesondere als ein Bauteil eines Statorblechpakets, eines Primärkühlkreislaufs ausgebildet. In der elektrischen Maschine, beispielsweise einem Statorblechpaket, können Kanäle eingebracht sein. Vorzugsweise werden diese Kanäle mit Luft als Kühlmittel bzw. Wärmeträgermedium durchströmt. Die Wärme der Luft wird an die Oberfläche der Kanäle abgegeben und von dort an die Wärmefläche weiter geleitet. Vorzugsweise ist die Kühlvorrichtung als ein Sekundärkühlkreislauf zum Abführen der Wärme aus dem Primärkühlkreislauf und/oder von der Haltefläche bzw. Wärmefläche vorgesehen. Hierdurch sind eine effektive Wärmeabführung und eine verbesserte Kühlleistung erreicht.
Nachfolgend wird die Erfindung anhand der Figuren näher erläutert. Es zeigen:
1 eine perspektivische Darstellung einer elektrischen Maschine mit einer erfindungsgemäßen Kühlvorrichtung im unmontierten Zustand,
2 eine perspektivische Darstellung der elektrischen Maschine gemäß 1 mit der erfindungsgemäßen Kühlvorrichtung in einem teilmontierten Zustand,
3 eine perspektivische Darstellung der elektrischen Maschine gemäß 1 und 2 mit der erfindungsgemäßen Kühlvorrichtung im montierten Zustand,
4 eine perspektivische Darstellung einer Kühlplatte für eine erfindungsgemäße Kühlvorrichtung,
5 eine perspektivische Darstellung einer Abdeckplatte als Wärmetauscher mit Rippen für eine erfindungsgemäße Kühlvorrichtung,
6 ein Teilausschnitt eines Querschnitts der Abdeckplatte mit Rippen gemäß 5,
7 eine perspektivische Darstellung einer Kühlplatte gemäß 4, einer Abdeckplatte gemäß 5 und einer Abdeckung in einem unmontierten Zustand,
8 eine perspektivische Darstellung einer elektrischen Maschine mit einer weiteren erfindungsgemäßen Kühlvorrichtung in einem unmontierten Zustand, und
9 eine perspektivische Darstellung der elektrischen Maschine gemäß 8 mit der weiteren erfindungsgemäßen Kühlvorrichtung in einem montierten Zustand.
1 zeigt eine perspektivische Darstellung einer elektrischen Maschine 10 mit einer erfindungsgemäßen Kühlvorrichtung 11 im unmontierten Zustand. Für eine bessere Übersichtlichkeit sind nicht alle Gegenstände mit einem Bezugszeichen versehen.
Die elektrische Maschine 10 ist in dem hier gezeigten Ausführungsbeispiel als ein Drehstromgenerator 10 ausgebildet. Der Drehstromgenerator 10 besteht aus einem Statorgehäuse 12 und einem innerhalb des Statorgehäuses 12 angeordneten Rotor 13. Der Rotor 13 ist um eine Rotorachse 14 drehbar gelagert.
Das Statorgehäuse 12 umfasst ein Statorblechpaket 15. Innerhalb des Drehstromgenerators 10 ist ein hier nicht näher dargestellter Primärkühlkreislauf angeordnet. Als Kühlmittel für den Primärkühlkreislauf dient in dem hier gezeigten Ausführungsbeispiel Luft. Mittels des Primärkühlkreislaufs wird Wärme innerhalb des Drehstromgenerators 10 bzw. des Statorgehäuses 12, beispielsweise über Oberflächen in Kanälen des Statorblechpakets 15, an das Statorblechpaket 15 abgegeben. Das Statorgehäuse 12 und/oder das Statorblechpaket 15 weist an seiner Außenfläche eine Haltefläche 16 auf. Bei dem hier gezeigten Ausführungsbeispiel sind insgesamt drei Halteflächen 16 auf drei Seiten des Generators 10 bzw. des Statorgehäuses 12 angeordnet. In dem hier gezeigten Ausführungsbeispiel sind die Halteflächen 16 als Wärmeflächen 16 ausgebildet, an die die Wärme des Statorblechpakets abgegeben wird. Über die Halteflächen 16 wird die Wärme des Drehstromgenerators 10 bzw. des Statorgehäuses 12 nach außen abgeführt.
Zur Verbesserung der Kühlwirkung ist die Kühlvorrichtung 11 vorgesehen. Die Kühlvorrichtung 11 umfasst mindestens eine Kühlplatte 17, eine Abdeckplatte 18 und eine Kühlmittelleitung 19. In dem hier gezeigten Ausführungsbeispiel setzt sich die Kühlvorrichtung 11 modular aus drei Kühlplatten 17 und drei Abdeckplatten 18 zusammen, wobei jeweils eine Kühlplatte 17 und eine Abdeckplatte 18 einer Haltefläche 16 zugeordnet ist.
Die Kühlplatte 17 hat eine erste flächige Seite 20 und eine von der ersten flächigen Seite 20 abgewandt angeordnete zweite flächige Seiten 21. Die erste flächige Seite 20 ist hier der Haltefläche 16 zugewandt. Die Kühlplatte 17 weist eine in der zweiten flächigen Seite 21 angeordnete Kühlgasse 22 auf. Hierbei verläuft die Kühlgasse 22 mäanderartig in einer Flächenebene der Kühlplatte 17. Der mäanderartige Verlauf beginnt im Bereich einer ersten Ecke der Kühlplatte 17 und endet im Bereich einer von der ersten Ecke diagonal abgewandten zweiten Ecke der Kühlplatte 17.
Weiter hat die Kühlplatte 17 einen rahmenartigen Randbereich 23, der die Kühlgasse 22 umfasst. Der Randbereich 23 weist von der ersten flächigen Seite 20 bis zur zweiten flächigen Seite 21 reichende Durchbrüche 24 zum Befestigen der Kühlplatte 17 an der Haltefläche 16 auf. An Seitenflächen 25, 26 der Kühlplatte 17 sind Durchlässe 27 angeordnet, die als Bohrungen ausgebildet sind. Die Durchlässe 27 im Bereich der ersten Ecke und der zweiten Ecke erstrecken sich jeweils von der Seitenfläche 25, 26 bis zur Kühlgasse 22. Die Durchlässe 27 sind als ein Einlass oder ein Auslass für ein Kühlmittel und zum Anschluss an die Kühlmittelleitung 19 ausgebildet.
Die Abdeckplatte 18 ist der zweiten flächigen Seite 21 zugeordnet und weist in ihrem Randbereich Durchbrüche 28 auf, die hier als Bohrungen ausgebildet sind. In dem hier gezeigten Ausführungsbeispiel stimmen die Breite und die Höhe der Abdeckplatte 18 mit der Breite und Höhe der Kühlplatte 17 überein. Die Durchbrüche 28 der Abdeckplatte 18 sind derart angeordnet, dass deren Lage zur Montage der Abdeckplatte 18 an der Kühlplatte 17 mit den Durchbrüchen 24 der Kühlplatte 17 übereinstimmt.
2 zeigt eine perspektivische Darstellung der elektrischen Maschine 10 gemäß 1 mit der erfindungsgemäßen Kühlvorrichtung 11 in einem teilmontierten Zustand. Gleiche Merkmale wie zuvor tragen die gleichen Bezugszeichen. Insoweit wird auch auf die vorangegangene Beschreibung verwiesen. In diesem teilmontierten Zustand liegen die ersten flächigen Seiten 20 der Kühlplatten 17 jeweils an der Haltefläche 16 an.
Weiter ist die Kühlmitteilleitung 19 an einem Einlass 29 im Bereich der ersten Ecke der Kühlplatte 17 angeschlossen. Im Bereich der von der ersten Ecke diagonal abgewandten zweiten Ecke der Kühlplatte 17 ist die Kühlmittelleitung 19 an einen Auslass 30 angeschlossen. Über den als Bohrungen 27 ausgebildeten Einlass 29 bzw. Auslass 30 ist somit ein Kühlmittel, hier beispielsweise Kühlwasser, zum Kühlen der Haltefläche 16 in die Kühlgasse 22 einleitbar bzw. ausleitbar. Für eine bessere Übersichtlichkeit sind nicht alle Einlässe 29 und Auslässe 30 mit Bezugszeichen versehen.
3 zeigt eine perspektivische Darstellung der elektrischen Maschine 10 gemäß 1 und 2 mit der erfindungsgemäßen Kühlvorrichtung 11 im montierten Zustand. Gleiche Merkmale wie zuvor tragen die gleichen Bezugszeichen. Insoweit wird auch auf die vorangegangene Beschreibung verwiesen. In diesem montierten Zustand der Kühlvorrichtung 11 sind abweichend zur Darstellung gemäß 2 die Abdeckplatten 18 jeweils zum Abdecken der zweiten flächigen Seite 21 an der zweiten flächigen Seite 21 anliegend montiert. Hierdurch ist die Kühlgasse 22 im Bereich der zweiten flächigen Seite 21 geschlossen.
Somit ist der Umfang der Kühlgasse 22 im vollständig montierten Zustand der Kühlvorrichtung 11 auf der ersten flächigen Seite 20 der Kühlplatte 17 durch einen Kühlgassengrund der Kühlgasse 22 und auf der zweiten flächigen Seite 21 der Kühlplatte 17 durch die Abdeckplatte 18 vollständig geschlossen.
Die Kühlmittelleitungen 19 sind unterteilt in eine für die Kühlplatten 17 gemeinsame Kühlmittelzuführleitung 31 zum Zuführen eines kühlen Kühlmittels und in eine für die Kühlplatten 17 gemeinsame Kühlmittelabführleitung 32 zum Abführen des erwärmten Kühlmittels.
4 zeigt eine perspektivische Darstellung der Kühlplatte 17 für eine erfindungsgemäße Kühlvorrichtung 11. Aufgrund des mäanderartigen Verlaufs der Kühlgasse 22 in der Flächenebene der Kühlplatte 17 sind in dem hier gezeigten Ausführungsbeispiel Stege 33 in der Kühlplatte 17 ausgebildet. Die Stege 33 erstrecken sich in der Flächenebene der Kühlplatte 17 alternierend von dem der Seitenfläche 26 zugeordneten Teil des Randbereichs 23 in Richtung der Seitenfläche 25 und von dem der Seitenfläche 25 zugeordneten Teil des Randbereichs 23 in Richtung der Seitenfläche 26.
5 ist eine perspektivische Darstellung einer Abdeckplatte 34 in der Ausbildung als ein Wärmetauscher mit Rippen 35 für eine erfindungsgemäße Kühlvorrichtung zu entnehmen. Die Rippen 35 sind auf einer Wärmetauscherseite 36 der Abdeckplatte 34 angeordnet. Hierbei sind mehrere lang gestreckte Rippen 35 parallel nebeneinander ausgerichtet. An einem ersten Ende der Abdeckplatte 34 ist eine erste Auflagefläche 37 angeordnet. An einem von dem ersten Ende abgewandten zweiten Ende der Abdeckplatte 34 ist eine zweite Auflagefläche 38 angeordnet. Die erste Auflagefläche 37 und die zweite Auflagefläche 38 sind parallel zu den Rippen 35 ausgerichtet.
6 zeigt einen Teilausschnitt eines Querschnitts der Abdeckplatte 34 mit Rippen 35 gemäß 5. Zwischen zwei unmittelbar nebeneinander und parallel zueinander angeordneten Rippen 35 ist jeweils ein Kanal 39 gebildet. Der Kanal 39 weist einen U-förmigen Querschnitt auf. Hier ist ein Kanalgrund 40 des Kanals 39 im Querschnitt kreisabschnittsförmig ausgebildet. Die Flanken 41 des Kanals 40 sind ausgehend vom Kanalgrund 40 unter einem Winkel α nach außen geneigt. In dem hier gezeigten Ausführungsbeispiel beträgt der Winkel α 10°.
7 ist eine perspektivische Darstellung einer Kühlplatte 17 gemäß 4, einer Abdeckplatte 34 gemäß 5 und einer Abdeckung 42 in einem unmontierten Zustand zu entnehmen. Die ebene Abdeckung 42 ist plattenförmig ausgebildet. Zur Befestigung der Abdeckung sind Durchbrüche 43 in der Abdeckung 42 vorgesehen. Hier sind die Durchbrüche 43 als Bohrungen ausgebildet. Bei der Montage bzw. im montierten Zustand stimmt die Lage der Durchbrüche 43 mit der Lage der Durchbrüche 24 der Kühlplatte 17 überein, wodurch eine einfache Montage gewährleistet ist. Für eine bessere Übersicht sind nicht alle Durchbrüche 24, 43 mit einem Bezugszeichen versehen.
Für die Montage der Kühlplatte 17, der Abdeckplatte 34 und der Abdeckung 42 werden diese Bauteile derart zueinander angeordnet, wie sich dies aus der 7 ergibt: Auf die zweite flächige Seite 21 der Kühlplatte 17 wird die Abdeckplatte 34 angeordnet. Hierbei ist eine von der Wärmetauscherseite 36 abgewandt liegende Seite der Abdeckplatte 34 der zweiten flächigen Seite 21 zugewandt. Somit ist die Wärmetauscherseite 36 der Abdeckplatte 34 von der zweiten flächigen Seite 21 abgewandt. Auf die Wärmetauscherseite 36 der Abdeckplatte 34 wird die Abdeckung 42 angeordnet.
8 zeigt nun eine perspektivische Darstellung einer elektrischen Maschine 44 mit einer weiteren erfindungsgemäßen Kühlvorrichtung 45 in einem unmontierten Zustand. Die elektrische Maschine 44 ist hier als ein Drehstromgenerator 44 ausgebildet der weitgehend der elektrischen Maschine 10 gemäß 1 bis 3 entspricht. Insoweit tragen gleiche Merkmale die gleichen Bezugszeichen.
Der Drehstromgenerator 44 weist in Axialrichtung der Rotorachse 14 und an zwei voneinander abgewandt liegenden Enden Lagerschilde 46, 47 auf. Die Lagerschilde 46, 47 dienen zur Aufnahme von hier nicht näher dargestellten Lagern für die Rotorachse 14 des Rotors 13. Den Lagerschilden 46, 47 sind Öffnungen 48 zugeordnet. Die Öffnungen 48 sind hier zwei voneinander abgewandten Seiten und einer Oberseite des Drehstromgenerators 44 zugeordnet. Innerhalb des Drehstromgenerators 44 ist ein hier ebenfalls nicht näher dargestellter Lüfter vorgesehen. Der Lüfter ist drehfest mit der Rotorachse 14 verbunden.
Die Kühlvorrichtung 45 setzt sich modular aus drei Kühlplatten 17, drei Abdeckplatten 34 und drei Abdeckungen 42 zusammen, wobei jeweils eine Kühlplatte 17, eine Abdeckplatte 34 und eine Abdeckung 42 einer Haltefläche 16 zugeordnet sind.
9 zeigt eine perspektivische Darstellung der elektrischen Maschine 44 gemäß 8 mit der weiteren erfindungsgemäßen Kühlvorrichtung 45 in einem montierten Zustand. Aufgrund der montierten Abdeckungen 42 sind die Öffnungen 48 und die Wärmetauscherseiten 36 der Abdeckplatte 34 vollständig abgedeckt.
Nachfolgend wird die Erfindung anhand der 1 bis 9 näher erläutert:
Innerhalb der Drehstromgeneratoren 10, 44 bzw. des Statorgehäuses 12 entstehende Wärme ist mittels der erfindungsgemäßen Kühlvorrichtung 10, 45 abführbar.
Über die Kühlmitteleitung 19 wird ein kühles Kühlmittel, hier Kühlwasser, über den Einlass 29 in die Kühlgasse 22 geleitet. Das Kühlmittel tritt innerhalb der Kühlgasse 22 einerseits in unmittelbaren Kontakt mit dem Material der Kühlplatte 17 und andererseits mit der Abdeckplatte 18, 34. Hierdurch ist eine besonders effektive Wärmeübertragung und Kühlwirkung erreichbar. Das Kühlmittel durchströmt die mäanderartig verlaufende Kühlgasse 22 und verlässt die Kühlplatte 17 über den Auslass 30. Das erwärmte Kühlmittel wird über eine weitere Kühlmittelleitung 19 abgeführt.
Die Kühlvorrichtung 11, 45 weist einen einfachen und kostengünstig herzustellenden Aufbau mit einer guten Kühlwirkung auf. Hierbei kann die Kühlvorrichtung 11, 45 modular auf einfache Weise erweitert werden. So sind beispielsweise mehrere Kühlplatten 17 nebeneinander, insbesondere in Reihe, anschließbar. Vorzugsweise sind mehrere Kühlplatten 17 modulartig an eine gemeinsame Kühlmittelzuführleitung 31 und/oder an eine gemeinsame Kühlmittelabführleitung 32 anschließbar.
Mit der Kühlplatte 17 sind drei Bauausführungen einer erfindungsgemäßen Kühlvorrichtung 11, 45 realisierbar. In einer ersten Bauausführung gemäß 1 bis 3 ist die Kühlplatte 17 der Kühlvorrichtung 11 mit der ersten flächigen Seite 20 der Kühlplatte 17 an einer als Wärmefläche 16 ausgebildeten Haltefläche 16 montiert. Hierbei wird mittels eines Primärkühlkreislaufes Wärme innerhalb der elektrischen Maschine 10 an die als Wärmeflächen 16 ausgebildeten Halteflächen 16 abgegeben. Als Kühlmittel des Primärkühlkreislaufs dient Luft.
Auf den Wärmeflächen 16 ist jeweils eine Kühlplatte 17 montiert. Die zweite flächige Seite 21 der Kühlplatte 17 ist von einer Abdeckplatte 18 abgedeckt. Hier ist die Abdeckplatte 18 als eine separate ebene Platte ausgebildet. Aufgrund der Halte- bzw. Wärmefläche 16 und der Abdeckplatte 18 ist die Kühlgasse 22 im Bereich ihres Umfangs im montierten Zustand geschlossen. In dieser ersten Bauausführung wird die Wärmefläche 16 mit dem in der Kühlgasse 22 geführten Kühlmittel gekühlt. Die Kühlvorrichtung 11 bildet einen Sekundärkühlkreislauf, mit dem die Wärme des Primärkühlkreislaufs abgeführt wird.
Eine zweite Bauausführung entspricht zunächst der ersten Bauausführung, jedoch ist hier gemäß 5 bis 9 die Abdeckplatte 34 als ein Wärmetauscher ausgebildet und Teil einer Wärmeabführeinrichtung des Primärkühlkreislaufs. Hierbei wird die Luft des Primärkühlkreislaufs mittels Öffnungen 46 an einem Ende der Maschine 44 im Bereich des Lagerschilds 46 aus dem Inneren der Maschine 44 herausgeführt. Die Öffnungen 48 sind gegenüber der Umgebung mittels der Abdeckung 42 abgedeckt, so dass der Primärkühlkreislauf weiterhin gegenüber der Umgebung geschlossen ist. Weiter deckt die Abdeckung 42 die Rippen 35 der Abdeckplatte 34 ab. Die Luft des Primärkühlkreislaufs wird über die Wärmetauscherseite 36 der Abdeckplatte 34 geführt. Hierdurch wird die Luft gekühlt. Der Luftstrom wird mittels des mit der Rotorachse 14 drehfest montierten Lüfters angetrieben.
Die gekühlte Luft des Primärkühlkreislaufs tritt an einem von dem ersten Ende der Maschine 44 abgewandt liegenden zweiten Ende im Bereich eines Lagerschilds 47 wieder in die Maschine 44 ein. Somit erfolgt bei der zweiten Bausausführung eine Kühlung der elektrischen Maschine 44 gleichzeitig sowohl über eine Kühlung der Wärmefläche 16 als auch über eine Kühlung der Strömung der Luft mittels der Wärmetauscherseite 36 der Abdeckplatte 34. Hierdurch ergibt sich eine besonders effektive Kühlung mit einer großen Kühlleistung. Zugleich ist eine kompakte und einfache Bauweise realisierbar.
Die dritte Bausausführung entspricht weitgehend der zweiten Bauausführung, jedoch ist hier die Wärmefläche 16 lediglich als Haltefläche 16 ausgebildet. Innerhalb der Maschine 44 sind keine Einrichtungen vorgesehen, die eine Wärmeweiterleitung an die Haltefläche 16 begünstigen sollen. Die Wärme wird innerhalb der Maschine 44 an die Luft des Primärkühlkreislaufs abgegeben. Die erwärmet Luft wird mittels der Wärmetauscherseite 36 und den Rippen 35 wieder gekühlt. Bei dieser dritten Ausführungsform sind weitere Montagemöglichkeiten für die Kühlvorrichtung 45 gegeben.
Bezugszeichenliste

10: elektrische Maschine
11: Kühlvorrichtung
12: Statorgehäuse
13: Rotor
14: Rotorachse
15: Statorblechpaket
16: Haltefläche
17: Kühlplatte
18: Abdeckplatte
19: Kühlmittelleitung
20: Erste flächige Seite
21: Zweite flächige Seite
22: Kühlgasse
23: Randbereich
24: Durchbruch
25: Seitenfläche
26: Seitenfläche
27: Durchlass
28: Durchbruch
29: Einlass
30: Auslass
31: Kühlmittelzuführleitung
32: Kühlmittelabführleitung
33: Steg
34: Abdeckplatte
35: Kühlrippe
36: Wärmetauscherseite
37: Auflagefläche
38: Auflagefläche
39: Kanal
40: Kanalgrund
41: Flanke
42: Abdeckung
43: Durchbruch
44: Elektrische Maschine
45: Kühlvorrichtung
46: Lagerschild
47: Lagerschild
48: Öffnung

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

DE 1978801 U [0002]

Claims

Kühlvorrichtung zum Kühlen einer elektrischen Maschine (10, 44), insbesondere eines Drehstromgenerators und/oder Statorgehäuses (12), mit einer Kühlplatte (17), die eine erste flächige Seite (20) und eine von der ersten flächigen Seite (20) abgewandt angeordnete zweite flächige Seite (21) hat, und mit einem Kühlkanal, der in der Kühlplatte (17) eingelassen ist, dadurch gekennzeichnet, dass der Kühlkanal als eine, insbesondere U-förmige, in der zweiten flächigen Seite (21) der Kühlplatte (17) angeordnete Kühlgasse (22) ausgebildet ist, wobei die erste flächige Seite (20) der Kühlplatte (17) an einer Haltefläche (16) der elektrischen Maschine (10, 44) befestigt ist.
Kühlvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Kühlgasse (22) einen mäandrierenden Verlauf in einer Flächenebene der Kühlplatte (17) aufweist, und/oder dass die Kühlplatte (17) einen rahmenartigen Randbereich (23) hat, der die Kühlgasse (22) umfasst.
Kühlvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass an mindestens einer Seitenfläche (25, 26) der Kühlplatte (17) ein Einlass (29) und/oder ein Auslass (30), insbesondere in der Gestalt eines bis zur Kühlgasse (22) führenden Durchlasses, zum Anschluss einer weiteren Kühlplatte (17) und/oder an eine Kühlmittelleitung (19, 31, 32) angeordnet ist.
Kühlvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass eine, insbesondere mittels lösbaren Befestigungsmitteln befestigbare, Abdeckplatte (18, 34) zum Abdecken der zweiten flächigen Seite (21) vorgesehen ist.
Kühlvorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Abdeckplatte (34) als ein Wärmetauscher ausgebildet ist, wobei vorzugsweise eine von der Kühlplatte (17) abgewandte flächige Wärmetauscherseite (36) der Abdeckplatte (34) in einer Wärmeabführeinrichtung, insbesondere eines Primärkühlkreislaufs, angeordnet ist, wobei insbesondere die Wärmetauscherseite (36) innerhalb der Wärmeabführeinrichtung angeordnete Rippen (35) aufweist.
Kühlvorrichtung nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Abdeckplatte (18, 34) zum Ausbilden einer, insbesondere im Umfangsbereich, geschlossenen Kühlgasse (22) an der von der Haltefläche (16) abgewandten Seite, insbesondere an der zweiten flächigen Seite (21), der Kühlplatte (17) befestigbar ist.
Kühlvorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Kühlplatte (17) mittels Befestigungsmitteln zusammen mit der Abdeckplatte (18, 34) an der Haltefläche (16) befestigbar ist.
Elektrische Maschine, insbesondere ein Drehstromgenerator und/oder ein Stator, mit mindestens einer Kühlvorrichtung (11, 45) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, und vorzugsweise mit mindestens einer Haltefläche (16).
Elektrische Maschine nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Haltefläche (16) als eine Wärmefläche, insbesondere als ein Bauteil eines Statorblechpakets (15), eines Primärkühlkreislaufs ausgebildet ist, und dass vorzugsweise die Kühlvorrichtung (11, 45) als ein Sekundärkühlkreislauf zum Abführen der Wärme aus dem Primärkühlkreislauf und/oder von der Haltefläche (16) vorgesehen ist.