DE102014107845A1 - Ölverteilelement - Google Patents

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Abstract

Rotorhohlwelle für den Rotor einer elektrischen Maschine, aufweisend einen beidseitig von Stirnflanschen abgeschlossenen Zylindermantel, der einen Wellenhohlraum umgibt, wobei an den Stirnflanschen jeweils ein Wellenzapfen ausgebildet ist und wobei in einem der Wellenzapfen ein Einlass vorgesehen ist, über den eine Kühlflüssigkeit in den Wellenhohlraum und an die Innenfläche des Zylindermantels gelangt, aufweisend ein im Wellenhohlraum angeordnetes Verteilelement, das die über den Einlass eintretende Kühlflüssigkeit aufnimmt, über eine rotationssymmetrische Ableitfläche in Richtung der Innenfläche des Zylindermantels führt und über einen Mündungsbereich auf die Innenfläche abgibt.

Description

  • Die Erfindung betrifft eine Rotorhohlwelle für den Rotor einer elektrischen Maschine, aufweisend einen beidseitig von Stirnflanschen abgeschlossenen Zylindermantel, der einen Wellenhohlraum umgibt, wobei sich an den Stirnflanschen jeweils ein Wellenzapfen befindet und wobei in einem der Stirnflansche insbesondere im Wellenzapfen ein Einlass vorgesehen ist, über den eine Kühlflüssigkeit in den Wellenhohlraum und an die Innenfläche des Zylindermantels gelangt.
  • STAND DER TECHNIK
  • Aus dem Stand der Technik ist eine Vielzahl solcher Rotoren für elektrische Maschinen mit darauf angeordneten Blechen, die meist zu Paketen zusammengefasst sind, bekannt. Sie werden beispielsweise in Asynchronmaschinen und in permanent erregten Synchronmaschinen eingesetzt. Alle elektrischen Maschinen werden im Betrieb wegen der elektromagnetischen Aktivität im Rotor und durch den stattfindenden Wärmeübergang auf andere gewichtsoptimierte Trägerbauteile stark erwärmt. Aus dem Stand der Technik sind verschiedene Konzepte von Flüssigkeitskühlungen bekannt, um die Erwärmung zu begrenzen. Dabei gehen die bekannten Kühlungen mit einem spezifischen Rotordesign einher, das sich beispielsweise spezieller Kühlmittelleitstrukturen bedient. Auch andere Konzepte bedürfen einer Vielzahl an Zusatzkomponenten, die nicht nur das Design des Rotors sondern auch das der Maschine und der Schnittstellenkomponenten beeinflussen.
  • Es sind auch verschiedene Lösungen zur Leitung und Verteilung des Kühlmediums hin zur Wärmeübertragungsfläche bekannt, die meist eine vollständige, über die gesamte axiale und radiale Wegstrecke als Zwangsführung ausgelegte Leitung des Kühlmittels in Kanälen oder Bohrungen aufweisen. Derartige Zwangsführungen bedingen durch den Strömungswiderstand einen hohen Druckverlust, so dass Kühlmittelpumpen notwendig werden, insbesondere wenn eine Flussrichtung entgegen der Zentrifugalkraft enthalten ist. Zudem ist die Umsetzung dieser Konzepte wegen der Vielzahl an Bohrungen, insbesondere Axiallochbohren, besonders aufwendig.
  • Bestimmte Arten der Kühlung, wie sie beispielsweise in DE 11 2010 004 773 gezeigt sind, integrieren zusätzliche Komponenten in den Rotor, die jedoch einer zusätzlichen Lagerung und Abdichtung bedürfen. Weiterhin sind beispielsweise aus CH 337267 auch elektrische Maschinen mit Hohlwellen bekannt, bei denen der gesamte Hohlraum des Rotors mit der Flüssigkeit gefüllt werden muss, um eine ausreichende Interaktion der Kühlflüssigkeit mit dem Rotormantel und einen guten Wärmeübergang zu erreichen. Es hat sich allerdings herausgestellt, dass sich auf diese Weise keine ausreichende Wärmemenge abführen lässt.
  • Letztendlich haben alle bekannten Kühleinrichtungen einen der folgenden Nachteile: Entweder werden zur Reduzierung des Volumenbedarfs zu geringe Querschnitte der für das Kühlmittel vorgesehenen Leitungen gewählt. Allerdings reduzieren solch kleinen Durchgangsbohrungen kaum das Gewicht der zu kühlenden Rotorwelle. Zudem kann das Kühlmittel wegen der ohnehin kleinen Flächen nur in geringem Maße an die zu kühlenden Bauteile insbesondere an das sich besonders erwärmende Blechpaket herangeführt werden. Das Kühlmittel benetzt oft nur kleine Flächen an der erwärmten Oberfläche und es kommt zu keiner großflächigen Verteilung über den gesamten Umfang.
  • Auf der anderen Seite können mit großen Leitungsquerschnitten und Hohlräumen in der Rotorwelle nicht nur eine große Oberfläche zur Wärmeübertragung sondern auch eine besonders leichte Bauweise realisiert werden. Allerdings ist es in dem Fall nachteilig, dass der Hohlzylinder im Betrieb nahezu vollständig mit Kühlmittel angefüllt werden muss, was den Kühlmittelbedarf erhöht und wiederum zur Zunahme der bewegten Masse führt, die durch die Leichtbauweise gerade vermieden werden sollte.
  • DIE ERFINDUNG
  • Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es daher, eine einfach aufgebaute und kostengünstig zu fertigenden Rotorhohlwelle für den Rotor einer elektrischen Maschine zu schaffen, die eine besonders effiziente Kühlung ermöglicht. Zudem ist es die Aufgabe, einen entsprechenden Rotor vorzuschlagen.
  • Diese Aufgaben werden durch die Rotorhohlwelle nach Anspruch 1 und den Rotor nach Anspruch 9 gelöst. Vorteilhafte Ausführungsformen sind in den Unteransprüchen beschrieben.
  • Entsprechend der Ansprüche liegt der wesentliche Aspekt der Erfindung in dem besonderen Verteilelement, das im großvolumigen zylindrischen Hohlraum der Welle angeordnet ist. Zudem führt das Verteilelement zu einer effizienten und umfänglich gleichverteilten Beaufschlagung der Innenfläche des den Hohlraum umgebenden Zylindermantels mit einer verhältnismäßig kleinen aber ausreichenden Menge an durchfließender Kühlflüssigkeit. Dabei wird als großvolumiger Hohlraum ein solcher erachtet, bei dem das Verhältnis vom Durchmesser des Wellenraumes zum Durchmesser des Wellenzapfens (insbesondere dem Durchmesser des Lagers) größer als 1,5 insbesondere größer als 2 ist. Mit dem erfindungsgemäßen Verteilelement kommt es zu einer Durchleitung der Kühlflüssigkeit und zu deren optimalen Interaktion mit der Innenfläche, so dass eine besonders effiziente Kühlung des Rotors stattfindet. Erfindungsgemäß findet somit keine vollständige Spülung sondern lediglich eine Benetzung der zu kühlenden Oberfläche mit Kühlflüssigkeit statt.
  • Wegen der geringeren Temperaturen kann gerade bei definierter Bauteilgrenztemperatur eine höhere Leistung des Rotors erreicht werden, so dass sich ein verbessertes Leistungsgewicht respektive Leistungsvolumen der elektrischen Maschine ergibt. Mit der Erfindung ist somit eine leichtbauorientierte Konzeption des Rotors bei geringem Kühlmitteleinsatz und besonders effizienter Kühlung möglich. Dabei ist es besonders vorteilhaft, dass die zu rotierende Masse trotz des Kühlmittelinhaltes gering bleibt.
  • Anspruchgemäß hat die Rotorhohlwelle einen beidseitig von Stirnflanschen abgeschlossenen Zylindermantel, der den Wellenhohlraum umgibt. An jedem der Stirnflansche ist jeweils ein Wellenzapfen ausgebildet, wobei in einem Wellenzapfen eine Durchgangsbohrung als Einlass vorgesehen ist. Über diesen Einlass besteht Zugang zum Wellenhohlraum, so dass in den Einlass eingeleitete Kühlflüssigkeit in den Wellenhohlraum und damit an die Innenfläche des Zylindermantels gelangt. Unmittelbar hinter dem Einlass ist das Verteilelement im Wellenhohlraum angeordnet, das die über den Einlass eintretende Kühlflüssigkeit aufnimmt und an die vorgesehene Stelle verteilt. Dazu hat das Verteilelement eine Ableitfläche, die zur Vermeidung von Unwuchten insbesondere rotationssymmetrisch ist und mit der die Kühlflüssigkeit mit einer radialen Komponente nach Außen in Richtung der Innenfläche des Zylindermantels geführt und letztendlich über einen Mündungsbereich auf die Innenfläche abgegeben wird. Dabei wird die kinetische Energie des Rotors zum Transport des Kühlmediums verwendet. So verläuft der Kühlmitteltransport von der Zentrifugalkraft getrieben von der Rotorachse hin zum Ort des Wärmeaustauschs. Die Abfuhr des Kühlmittels kann durch Öffnungen erfolgen, die im Zylindermantel oder im Außenbereich der Stirnflansche vorgesehen sind.
  • Ein besonderer Vorteil des Verteilelementes ist, dass am gebauten Rotor nur geringfügige bauliche Veränderungen vorgenommen werden müssen, um das Kühlungskonzept zu realisieren. Das zusätzliche Verteilelement kann über eine einfache Anschlussgeometrie mit dem Rotor und den Zuleitungen verbunden werden, so dass ein einfacher Kühlsystemaufbau mit einer minimalen Anzahl an Zusatzkomponenten gegeben ist. Besonders vorteilhaft lässt sich die Erfindung bei mehrteiligen, gebauten Leichtbaurotorwellen umsetzen.
  • Erfindungsgemäß wird mit einer geringen Menge Kühlmittel und entsprechend kleinem Volumenstrom nur so viel von dem gesamten Wellenhohlraum durchströmt, dass lediglich die für den Wärmeaustausch wesentliche Innenmantelfläche des Wellenhohlraums benetzt wird. Dabei findet eine vollumfängliche Kühlmittelbenetzung bereits bei Auftreffen des Kühlmittels auf die zu kühlende Oberfläche statt. Das flüssige Kühlmittel und dessen direkte Benetzung der Wand am Ort der Wärmeentstehung tragen damit zu einer optimalen Wärmeabfuhr trotz geringer Kühlmittelmenge bei. Wegen der geringen Kühlmittelmenge kommt es entsprechend nur zu einer minimalen Zunahme der bewegten Massen und damit des Trägheitsmoments.
  • Mit den gekühlten Komponenten kann die Leistung der elektrischen Maschine somit zusätzlich erhöht und der Einfluss der Kühlung auf das Beschleunigungsverhalten minimiert werden. Ein weiterer Vorteil liegt darin, dass die erfindungsgemäße Flüssigkeitskühlung nur mit unwesentlichen baulichen Veränderungen am Rotor einhergeht und sogar als Baukastenlösung mit minimalem Zusatzaufwand realisiert werden kann.
  • Die erwähnten Vorteile sind besonders ausgeprägt, wenn die rotationssymmetrische Ableitfläche des Verteilelementes einen konischen Trichter mit glatter Innenfläche ausbildet, wobei sich der Öffnungswinkel des Trichters in den Wellenhohlraum hinein öffnet. Dabei kann die Innenfläche gerade oder derart gewölbt sein, dass sich der Öffnungswinkel in den Wellenhohlraum hinein immer weiter vergrößert. Um die beabsichtigte Kühlfunktion mit einer gleichmäßigen Verteilung des Kühlmittels sicher gewährleisten zu können, ist es vorteilhaft, wenn der Radius der Trichtermündung, über die die Kühlflüssigkeit auf die Innenwand des Zylindermantels gelangt, größer als zumindest die Hälfte des Innenradius des Zylindermantels ist.
  • Dabei ist es im Hinblick auf einen guten Übertrag der Kühlflüssigkeit auf die Innenwand des Zylindermantels und auf eine gleichmäßige Verteilung der Kühlflüssigkeit besonders vorteilhaft, wenn der Mündungsbereich der Ableitfläche, also insbesondere die Trichtermündung, einen geringen Abstand zur Innenfläche des Zylindermantels aufweist. Zur Überbrückung des Abstands sind Distanzstücke vorgesehen, an denen die Kühlflüssigkeit entlang auf die Innenfläche des Zylindermantels laufen kann. Idealerweise sind die Distanzstücke über den Umfang der Trichtermündung symmetrisch verteilt und liegen an der Innenfläche des Zylindermantels an.
  • In einer besonders einfach aufgebauten und gewichtsreduzierten Ausführungsform ist die Ableitfläche aus einem dünnwandigem Material, insbesondere aus einem Kunststoff oder einem Blech, gefertigt, wobei die Distanzstücke entsprechend an den Mündungsbereich angeformt oder daraus ausgeschnitten sind.
  • Damit sich die Kühlflüssigkeit nach dem Auftreffen auf die Innenfläche des Zylindermantels gleichmäßig in beide Richtungen verteilt, ist es vorteilhaft, wenn der Mündungsbereich der Ableitfläche sich etwa in der Mitte der axialen Ausdehnung der Innenfläche befindet. Die an dieser Stelle abgegebene Kühlflüssigkeit verteilt sich bei drehender Rotorhohlwelle nach beiden Seiten nahezu homogen über die Innenfläche.
  • Eventuelle Inhomogenitäten können über eine geringfügige Veränderung der Lage ausgeglichen werden.
  • Im einfachsten Fall wird die Kühlflüssigkeit der Ableitfläche über einen zentralen im Wellenzapfen eingebrachten Einlass zugeführt. Dabei kann der Halsstutzen des Trichters, der in die Ableitfläche mündet, unmittelbar die Weite des Einlass definieren. Die als Trichter ausgebildete Ableitfläche kann mit ihrem Halsstutzen unmittelbar in eine den Einlass umgebende Aufnahme eingepasst sein.
  • Der Einlass kann aber in einer anderen vorteilhaften Ausführungsform mehrere über den Umfang des Wellenzapfens gleich verteilte Einlasskanäle aufweisen, die im Halsstutzen münden. Die über solche Kanäle in separaten Strömen zugeführte Kühlflüssigkeit wird dann durch die Rotation und die daraus folgende Zentrifugalkraft auf der Ableitfläche homogenisiert. In dieser Ausführungsform lässt sich neben der erfindungsgemäßen Kühlung ein weiterer separater Medientransport durch den Rotor realisieren. Für diesen ist innerhalb der Rotorhohlwelle ein Duchleitungselement, insbesondere in Form eines Rohrstücks, vorgesehen, das den Hohlraum von einem Wellenzapfen zum anderen durchragt. Damit ergibt sich eine kombinierte Anordnung zur rotorintegrierten Kühlung bei separatem Medientransport durch die Rotorwelle. Beide Medienströme können getrennt ein- und ausgeleitet werden und sind daher auch für verschiedene Betriebszustände zu- und abschaltbar.
  • Wie dargelegt, kann die Abfuhr des Kühlmittels durch Öffnungen im Zylindermantel oder in den Stirnflanschen erfolgen. Besonders vorteilhaft ist es jedoch, die im Wellenhohlraum befindliche und abzuführende Kühlflüssigkeit zu nutzen, um die den Rotor umgebenden Statorspulen zu kühlen. Dazu sind in der Innenfläche des Zylindermantels am Ende des Flusses Austrittsöffnungen vorgesehen, aus denen die Kühlflüssigkeit bei drehender Rotorhohlwelle in radialer Richtung herausgeschleudert wird und am Rotor vorbei den umgebenden Stator benetzt. Um eine gleichmäßige Benetzung zu erreichen, ist es vorteilhaft, wenn die Austrittsöffnungen in den Randbereichen des Zylindermantels jeweils über den Umfang gleichverteilt angeordnet sind.
  • Über die Anzahl und den Durchmesser der einzelnen Einlasskanäle sowie die Anzahl und Durchmesser der radial auf dem Umfang verteilten Austrittsöffnungen kann der Kühlmittelstrom und die vorhandene Kühlmittelmenge im Rotor eingestellt und folglich die Kühlleistung geregelt werden.
  • Zusammenfassend ist die erfindungsgemäße Rotorwelle mehrteilig und hohlzylindrisch gebaut. Mit dieser Bauweise wird eine große Innenoberfläche zur Wärmeübertragung an die Kühlflüssigkeit realisiert. Dabei verfügt der Rotor an einer Stirnseite über eine, unter Umständen aus mehreren Zuleitungen bestehende, Kühlflüssigkeitszuführung, die als zentrische Axialbohrung eines Bauteils, welches Teil der Rotorwelle ist, ausgebildet sein kann. Die Zuleitung mündet in das Verteilelement, das unmittelbar mit der radialen Aufweitung des hohlzylindrischen Bereiches der Rotorwelle beginnt. Durch diese Anordnung wird eine sprungartige, massive Querschnittsvergrößerung, wie typisch für eine Leichtbaurotorauslegung, überbrückt. Nach der Übergabe der Kühlflüssigkeit an das Verteilelement wird die Kühlflüssigkeit infolge der Rotation des Rotors und der daraus resultierenden Zentrifugalkraft sowie der Druckdifferenz zwischen Kühlmittelkreislauf und Rotorumgebung auf die Innenmantelfläche des Rohrs des gebauten Rotors geleitet. Die Kühlflüssigkeit trifft hierbei nahezu mittig auf die Innenoberfläche des zylinderförmigen Wellenhohlraumes auf. Diese mittige Einleitung des Mediums sowie dessen umfängliche Verteilung während der Fließstrecke vom Kühlmitteleintritt zur Abgabe an die Innenoberfläche sind die Aufgaben des Kühlmittelverteilelementes. Aufgrund des nachströmenden Kühlmittels und der Zentrifugalkräfte bildet sich im Folgenden eine Verteilung der Strömung aus, die das Kühlmittel beidseitig axial nach außen führt. Dabei sind Anzahl und Durchmesser der Kühlmittelzuleitungen so zu konzipieren, dass eine effiziente Kühlung, bei einem möglichst geringem Energie- und Volumenverbrauch des Kühlmittels, erzielt wird. Das Kühlmittelverteilelement ist hierbei kraft-, stoff- oder formschlüssig mit dem Zuleitungselement verbunden.
  • Die sprungartige Querschnittsvergrößerung innerhalb der Hohlwelle garantiert eine besonders leichte Bauweise und eine enorme Zunahme der zur Wärmeübertragung zur Verfügung stehenden Fläche. Vorteilhaft ist, dass die Kühlflüssigkeit gezielt an die Innenoberfläche des zylinderförmigen Wellenhohlraumes geleitet wird und dort in besonderer Nähe am aktiven, zu kühlenden Blechpaket entlang strömen kann. Ersichtlich ist nicht der gesamte Hohlraum mit Kühlmittel gefüllt, sondern nur die Innenmantelfläche mit einem Kühlmittelfilm vollumfänglich beaufschlagt. Die Verteilung des Kühlmittels geschieht mit Hilfe der Zentrifugalkraft. Dieser konzentrierte, gezielte und mit geringen Volumenströmen realisierte Einsatz des Kühlmittels reduziert die rotatorisch zu bewegenden Massen bei gleichzeitig optimaler Kühlung der zu kühlenden Bereiche.
  • Durch die unmittelbare Übergabe der Kühlflüssigkeit an das Verteilelement bei Eintritt in den großen Hohlzylinderraum wird eine auf das minimal erforderliche Maß reduzierte Zwangsführung des Kühlmittels erreicht. Dies reduziert die Druckverluste und die Strömungswiderstände. Dadurch kann die Verwendung einer Kühlmittelpumpe vermieden werden. Darüber hinaus vereinfacht die axial unmittelbare Übergabe des Kühlmittels die Gestaltung der Kühlmittelzuleitung und reduziert den Fertigungsaufwand. Ab der Übergabe strömt das Kühlmittel frei über das Kühlmittelverteilelement und wird auf dem Fließweg bis zum mittigen Auftreffen auf die Innenoberfläche des Rohres schon zum Großteil in Umfangsrichtung verteilt. Somit trifft das Kühlmittel nicht lokal durch in Anzahl und Ausprägung begrenzte Austrittsöffnungen sondern annähernd vollumfänglich auf die Innenoberfläche auf und es kann sich eine gleichmäßige Kühlmittelströmung auf der Oberfläche ausbilden. Dies begünstigt den Wärmeübergang an respektive von der zu kühlenden Oberfläche.
  • BEVORZUGTE AUSFÜHRUNGSBEISPIELE DER ERFINDUNG
  • Ausführungsformen des erfindungsgemäß ausgestatteten Rotors werden nachfolgend anhand der Figuren näher erläutert. Dabei zeigt:
  • 1 eine rotorintegrierten Kühlung und
  • 2 eine rotorintegrierte Kühlung mit separatem Medientransport.
  • In 1 ist zunächst ein Rotor für eine elektrische Maschine, insbesondere für einen Asynchronmotor oder eine permanent erregte Synchronmaschine, gezeigt, der eine mit Blechpaketen 1 bestückte Rotorhohlwelle aufweist. Die Rotorhohlwelle wird von einem Zylindermantel 2 gebildet, der einen Wellenhohlraum 3 umgibt und beidseitig von Stirnflanschen 4 abgeschlossenen ist. Im vorliegenden Fall ist der eine Stirnflansch 4a an den Zylindermantel 1 angeformt, während der andere Stirnflansch 4b in den Zylindermantel 1 eingepasst ist. An beiden Stirnflanschen 4 ist jeweils ein Wellenzapfen 5 vorgesehen, der angeformt oder als separates Bauteil daran befestigt ist. In einem der Wellenzapfen 5 ist ein Einlass 6 vorgesehen ist, über den eine Kühlflüssigkeit (Punkte) in Richtung des Pfeils A in den Wellenhohlraum 3 und an die Innenfläche 7 des Zylindermantels gelangt.
  • Im Wellenhohlraum 3 ist ein Verteilelement 8 angeordnet, das die über den Einlass 6 eintretende Kühlflüssigkeit aufnimmt und über eine insbesondere rotationssymmetrische Ableitfläche 9 in Richtung der Innenfläche 7 des Zylindermantels führt. Über einen Mündungsbereich 10 der Ableitfläche 9 wird die Kühlflüssigkeit auf die Innenfläche 7 abgegeben. Im vorliegenden Fall ist die Ableitfläche als dünnwandiger konischer Trichter mit glatter gerader Innenfläche ausbildet, der sich mit einem Öffnungswinkel in den Wellenhohlraum 3 hinein öffnet und mit der Trichtermündung 10 in nur kleiner Distanz vom Innenradius des Zylindermantels beabstandet ist. Der verbleibende Abstand ist durch angeformte Distanzstücke 11 überbrückt, an denen die Kühlflüssigkeit abläuft, um sich in beide Richtungen (Pfeile B, C) homogen zu verteilen. Die Distanzstücke 11 berühren die Innenfläche 7. Das trichterförmige Verteilelement 8 ist mit seinem Hals 12 in eine entsprechende Aufnahme im Stirnflansch 5 eingepasst.
  • Im Zylindermantel 2 sind Austrittsöffnungen 13 vorgesehen, aus denen die Kühlflüssigkeit bei drehender Rotorhohlwelle in radialer Richtung (Pfeil D) austritt und den umgebenden Stator benetzt. Die Austrittsöffnungen 13 sind in beiden Randbereichen des Zylindermantels 2 jeweils über den Umfang gleichverteilt und sorgen für die Abführung der erwärmten Kühlflüssigkeit. Die Austrittsöffnungen 13 des einen Randbereiches sind gegenüber den Austrittsöffnungen des anderen Randbereiches über den Umfang versetzt auf der Winkelhalbierenden angeordnet, um bei jeder Winkelstellung des Rotors den Abfluss des Restöls zu ermöglichen. Durch den vollständigen Ablauf wird insbesondere eine Unwucht des Rotors beim Anfahren vermieden. Durch die Ausleitung der Kühlflüssigkeit resultiert in direkter Umgebung um den Rotor- und Stator ein Luft/Kühlflüssigkeitsgemisch, das zusätzlich zu einer Kühlung des Rotors und des Stators führt. Durch diesen Effekt kann durch Anspritzen eine aktive Kühlung der Stator-Wickelköpfe erreicht werden.
  • Der in 2 gezeigte Rotor ist ähnlich aufgebaut. Es gelten dieselben Bezugszeichen für dieselben Teile. Im Gegensatz zur Ausführungsform nach 1, weist dieser Rotor mehrere über den Umfang des Wellenzapfens 5a gleich verteilte Einlasskanäle 14 auf, die im Halsbereich 15 des Verteilelementes 8 münden. Die Einlasskanäle 14 werden über eine Zuleitung 18 mit Kühlflüssigkeit versorgt, wobei der Durchfluss durch die Zuleitung 18 über ein Ventil 19 einstellbar ist. Bei diesem Rotor ist in dem Wellenzapfen 5a zudem eine koaxiale Zugangsbohrung 16 vorgesehen, in die ein Durchleitungselement in Form eines Rohrstückes 17 gegen den Wellenhohlraum 3 abdichtend in eingepasst ist. Das Rohrstück 17 führt durch den umgebenden Wellenhohlraum 3 hindurch bis zum anderen Wellenzapfen 5b, wo es ebenfalls gegen den Wellenhohlraum 3 abdichtend eingepasst ist. Das Rohrstück 17 ermöglicht die separate Durchleitung eines flüssigen oder gasförmigen Mediums 20 (Punkte).
  • Über das Ventil 19, die Anzahl und den Durchmesser der Einlasskanäle 14 sowie die Anzahl und Durchmesser der Austrittsöffnungen 13 kann der Kühlmittelstrom und die vorhandene Kühlmittelmenge im Rotor eingestellt und folglich die Kühlleistung geregelt werden.
  • Bezugszeichenliste
  • 1
    Blechpakete
    2
    Zylindermantel
    3
    Wellenhohlraum
    4
    Stirnflansche
    5
    Wellenzapfen
    6
    Einlass
    7
    Innenfläche des Zylindermantels
    8
    Verteilelement
    9
    Ableitfläche
    10
    Mündungsbereich
    11
    Distanzstücke
    12
    Hals
    13
    Austrittsöffnungen
    14
    Einlasskanäle
    15
    Halsbereich
    16
    Zugangsbohrung
    17
    Rohrstück
    18
    Zuleitung
    19
    Ventil
    20
    Medium
  • 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 112010004773 [0004]
    • CH 337267 [0004]

Claims (12)

  1. Rotorhohlwelle für den Rotor einer elektrischen Maschine, aufweisend einen beidseitig von Stirnflanschen (4) abgeschlossenen Zylindermantel (2), der einen Wellenhohlraum (3) umgibt, wobei sich an den Stirnflanschen (4) jeweils ein Wellenzapfen (5) befindet und wobei in einem Stirnflansch insbesondere im Wellenzapfen (5) ein Einlass (6, 14) vorgesehen ist, über den eine Kühlflüssigkeit in den Wellenhohlraum (3) und an die Innenfläche (7) des Zylindermantels (2) gelangt, gekennzeichnet durch ein im Wellenhohlraum (3) angeordnetes Verteilelement (8), das die über den Einlass (6, 14) eintretende Kühlflüssigkeit aufnimmt, über eine Ableitfläche (9) in Richtung der Innenfläche (7) des Zylindermantels (2) führt und über einen Mündungsbereich auf die Innenfläche (7) abgibt.
  2. Rotorhohlwelle nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Ableitfläche (9) des Verteilelementes (8) einen konischen Trichter mit glatter (gerader oder gewölbter) Innenfläche ausbildet, der sich mit einem Öffnungswinkel in den Wellenhohlraum (3) hinein öffnet.
  3. Rotorhohlwelle nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Radius der Trichtermündung größer als die Hälfte des Innenradius des Zylindermantels (2) ist.
  4. Rotorhohlwelle nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Mündungsbereich der Ableitfläche (9), insbesondere die Trichtermündung, zur Innenfläche (7) des Zylindermantels (2) beabstandet ist, wobei der Abstand durch Distanzstücke (11) überbrückt ist, die symmetrisch über den Umfang verteilt sind und an der Innenfläche (7) des Zylindermantels (2) anliegen.
  5. Rotorhohlwelle nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Ableitfläche (9) aus dünnwandigem Material, insbesondere aus Kunststoff oder Blech, gefertigt ist, wobei die Distanzstücke (11) an den Mündungsbereich (10) angeformt sind.
  6. Rotorhohlwelle nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Mündungsbereich (10) sich etwa in der Mitte der axialen Ausdehnung der Innenfläche (7) befindet, wobei sich die an dieser Stelle abgegebene Kühlflüssigkeit bei drehender Rotorhohlwelle axial nach beiden Seiten nahezu homogen über die Innenfläche (7) verteilt.
  7. Rotorhohlwelle nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Einlass von mehreren auf dem Umfang des Wellenzapfens (5) gleich verteilter Einlasskanäle (4) gebildet wird, die im Halsbereich des Trichters münden.
  8. Rotorhohlwelle nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass in der Innenfläche (7) des Zylindermantels (2) Austrittsöffnungen (13) vorgesehen sind, aus denen die Kühlflüssigkeit bei drehender Rotorhohlwelle in radialer Richtung austritt, wobei die austretende Kühlflüssigkeit einen den Rotor umgebenden Stator benetzt.
  9. Rotorhohlwelle nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Austrittsöffnungen (13) in beiden Randbereichen des Zylindermantels (2) jeweils über den Umfang gleichverteilt vorgesehen sind.
  10. Rotorhohlwelle nach Anspruch 8 oder 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Austrittsöffnungen des einen Randbereiches gegenüber den Austrittsöffnungen des anderen Randbereiches über den Umfang versetzt insbesondere auf der Winkelhalbierenden angeordnet sind.
  11. Rotor aufweisend eine mit Blechpaketen bestückte Rotorhohlwelle nach einem der vorherigen Ansprüche.
  12. Elektrische Maschine, insbesondere Asynchronmotor oder permanent erregte Synchronmaschine, mit einem Rotor nach Anspruch 11.
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