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Die Erfindung betrifft einen Antriebsmotor für ein Schienenfahrzeug nach dem Oberbegriff des Patentanspruches 1.
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Eine solche elektrische Maschine ist beispielsweise aus der Offenlegungsschrift
DE 10 2005 002 897 A1 bekannt, deren Ständerblechpaket mit Wicklung und deren über Lagerschilde gelagerter Läufer in einem Gussgehäuse angeordnet sind, an dem die Lagerschilde dichtend angeflanscht sind. Zur Wärmeabfuhr sind im Inneren des Gussgehäuses mehrere rohrförmige Kühlkanäle eingegossen.
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Durch die geringe Festigkeit des Gusswerkstoffes sind Mindestwandstärken für das Gehäuse nötig, welche zu hohen Motormassen führen, die abhängig von der Aufhängung im Fahrgestell eines Schienenfahrzeugs direkt die un- beziehungsweise primärgefederte Masse beeinflusst, was negative Auswirkungen auf Laufdynamik eines Schienenfahrzeugs und auf die Schienenbelastung hat.
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Demgegenüber ist aus der europäischen Patentanmeldung mit der Veröffentlichungsnummer
EP 1 515 417 A2 eine gehäuselose Traktionsmaschine bekannt, welche einen aus einem Blechpaket aufgebauten Stator und einen aus einem Blechpaket aufgebauten Rotor, der auf einer rotierende Welle befestigt ist, aufweist. Der Stator besteht aus gestanzten Statorblechen, die zu einem Blechpaket geschichtet und über Pressplatten und Zugleisten verpresst und verschweißt sind. Im Stator- und Rotorblechpaket sind mehrere axiale Kühlkanäle zur Führung eines fluidförmigen Kühlmediums verteilt angeordnet.
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Die gehäuselose Ausführung bedingt ein größeres Statorblechpaket, da die Kühlmittelführung durch innerhalb des Statorblechpakets verlaufende Kühlkanäle erfolgt, was wiederum mit einer hohen Motormasse einhergeht. Außerdem bildet das Aktivteil ohne Gehäuse erhöhte elektromagnetische Störfelder aus, welche hochsensible Antennen im Unterflurbereich eines Schienenfahrzeugs negativ beeinflussen. Ferner kommt den Druckringen eine tragende Funktion zu, weshalb sie aufgrund der Schweißbarkeit als aufwendige Stahlgussteile ausgebildet sind.
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Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde einen gattungsgemäßen Antriebsmotor für ein Schienenfahrzeug bereitzustellen, der die genannten Nachteile bekannter Traktionsmotoren überwindet.
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Die Aufgabe wird gelöst durch einen Antriebsmotor der eingangs genannten Art mit den im kennzeichnenden Teil des Patentanspruches 1 angegebenen Merkmalen. Demnach umfasst ein Antriebsmotor für ein elektrisch getriebenes Schienenfahrzeug, insbesondere für eine Lokomotive oder einen Triebzug, einen Stator mit einem aus geschichteten Statorblechen zusammengesetzten Blechpaket. Das Blechpaket ist stirnseitig zwischen zwei Druckringen angeordnet. Erfindungsgemäß ist das Blechpaket mantelseitig durch ein Gehäuse aus einem Gehäuseblech umgeben, welches mit den Druckringen verschweißt ist. Das Gehäuse kann beispielsweise rohrförmig ausgebildet sein. Unter Gehäuseblech soll hier vorzugsweise ein flaches Walzwerkfertigprodukt aus Metall oder ein durch ein anderen als Gießen gefertigtes flaches Metallprodukt verstanden werden. Damit wird ein geschlossenes Gehäuse durch eine flexible Schweißkonstruktion unter Vermeidung von Gussteilen bereitgestellt. Durch die geschlossene Ausführung des Gehäuses werden Störfelder des Aktivteils reduziert. Die Verwendung höherfester Blechwerkstoffe ermöglicht es, das erfindungsgemäße Gehäuseblech dünnwandiger als vergleichbare Gussgehäuse auszuführen, was zu einer Gewichtsreduktion des erfindungsgemäßen Antriebsmotors und damit zu einer Reduktion der sich auf dem Fahrwerk des Schienenfahrzeugs abstützenden, ungefederten Masse führt. Eine Vermeidung beziehungsweise Reduzierung von Gussteilen vermindert die mit der Gießformherstellung einhergehenden, hohen Einmalkosten für erfindungsgemäße Antriebsmotoren. Das erfindungsgemäße Schweißgehäuse bietet im Vergleich zu einem Gussgehäuse flexible Schnittstellen für Anbauteile. Schließlich können durch eine Verwendung von Standardrohmaterialien, wie Blechteilen, auch die Lieferzeiten für erfindungsgemäße Antriebsmotoren verkürzt werden.
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In einer vorteilhaften Ausführungsform des erfindungsgemäßen Antriebsmotors weist das Blechpaket äußere, axial verlaufende Kühlrippen auf, die mit dem Gehäuse Kühlkanäle für ein Kühlmittel begrenzen. Im Vergleich zu einer gehäuselosen Zugleistenkonstruktion müssen hier die Kühlkanäle zur Abfuhr von Wärme nicht durch das Innere des Blechpakets geführt werden, sondern erstrecken sich zwischen benachbarten Kühlrippen und sind nach außen durch das Gehäuseblech abgedeckt. Damit kann im Betrieb entstehende Wärme effektiv von die Kühlkanäle durchströmender Kühlluft abgeführt werden.
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Vorzugsweise weisen die Druckringe des erfindungsgemäßen Antriebsmotors Kühlmittelöffnungen zum Durchtritt von Kühlmittel in einen oder aus einem Kühlkanal auf. Die Druckringe sind dabei derart von Kühlmittelöffnungen durchsetzt, dass sie dem Kühlmittel ein Einströmen in beziehungsweise ein Ausströmen aus den an den Stirnseiten des Blechpakets mündenden Kühlmittelkanälen erlaubt.
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In einer bevorzugten Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Antriebsmotors weist das Blechpaket mehrere, axial verlaufende Nuten auf, in welchen das Blechpaket fixierende Klammerelemente angeordnet sind. Ein Blechpaket kann beispielsweise durch vier um 90° zueinander versetzt verlaufende Klammerelemente geklammert sein. Die Klammerelemente können etwa aus Blechbändern gebildet sein, die an den Stirnseiten des Blechpakets abgewinkelt sind. Es werden hier mit Vorteil Schweißnähte zu den Statorblechen vermieden, deren Korrosionsschutzbeschichtung Schweißnähte negativ beeinflussen würde.
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In einer bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Antriebsmotors erstreckt sich zwischen Gehäuse und Klammerelement ein radial gestelltes Distanzblech, welches mit dem Klammerelement verschweißt ist. Hierdurch wird an diesen Stellen der Abstand zwischen Blechpaket und Gehäuseblech und damit die Lage des Blechpakets im Gehäuse fixiert.
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In einer vorteilhaften Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Antriebsmotors weist das Gehäuse zwei Gehäuseschalen auf, deren einander zugewandte Längskanten an Stegbleche stoßen und mit diesen verschweißt sind, wobei ein Stegblech von einem Klammerelement radial absteht und mit diesem verschweißt ist. Das rohrförmige Gehäuse wird hier durch zwei zu baugleichen Gehäuseschalen gerollte Gehäusebleche gebildet. Neben den Schweißverbindungen der Gehäusebleche zu den stirnseitigen Druckringen erhält das erfindungsgemäße Schweißgehäuse seine Stabilität durch weitere Schweißverbindungen an den Längskanten der Gehäusebleche zu den Stegblechen.
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Weitere Vorteile und Eigenschaften der Erfindung ergeben sich aus nachfolgender Beschreibung eines Ausführungsbeispiels anhand der Zeichnungen, in deren
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1 ein Stator eines erfindungsgemäßer Antriebsmotors in perspektivischer Ansicht und
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2 ein Querschnitt durch den Stator aus 1
schematisch veranschaulicht ist.
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Ein erfindungsgemäßer Antriebsmotor für ein Schienenfahrzeug, wie etwa eine Lokomotive oder ein Triebzug, umfasst neben dem in 1 und 2 dargestellten Stator 1 einen hier nicht dargestellten Rotor, dessen Motorwelle sich in ebenfalls nicht dargestellten Lagerschilden drehbar abstützt. Der Stator 1 umfasst ein aus geschichteten Statorblechen 2 zusammengesetztes Blechpaket 3, um Wirbelstromverluste zu minimieren. Die kreisringförmigen Statorbleche 2 sind aus rechteckigem Dynamoblech verschnittoptimiert ausgestanzt und weisen an ihren Außenseiten eine sternförmige Kontur auf, deren Spitzen 4 durch die vier Dynamoblechkanten abgeflacht sind; die Innenseiten der Statorbleche 2 weisen eine gezahnte Kontur auf, wobei zwischen den Zähnen 5 die nicht dargestellten Leiter der Statorwicklung verlaufen. An den abgeflachten Außenseiten des Blechpakets 3 verläuft je eine axiale Nut 6, in welchen Klammerelemente 7 zur Fixierung des Blechpakets 3 angeordnet sind. Die Klammerelemente 7 sind als Blechband ausgeführt, welches jeweils an den Stirnseiten des Blechpakets 3 abgewinkelt ist. An den Stirnseiten des Blechpakets 3 sind Druckringe 8 angeordnet, die das zwischen diesen angeordnete Blechpaket 3 zusammenpressen.
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Erfindungsgemäß ist das Blechpaket 3 mantelseitig von einem Gehäuse aus einem Gehäuseblech umgeben, welches mit den Druckringen 8 verschweißt ist. Das Gehäuse weist zwei etwa halbzylindrische Gehäuseschalen 9 auf, die aus dem Gehäuseblech durch Rollen und gegebenenfalls Biegen geformt sind und das Blechpaket 3 rohrförmig umschließen. An ihren einander zugewandten Längskanten 10 stoßen die Gehäuseschalen 9 an Stegbleche 11 und sind mit diesen verschweißt. Die beiden Stegbleche 11 stehen radial von gegenüber liegenden Klammerelementen 7 ab und sind mit diesen verschweißt; sie erstrecken sich axial zwischen den Druckringen 8. Von den beiden anderen Klammerelementen 7 erstrecken sich je ein radial gestelltes Distanzblech 12 zwischen Klammerelement 7 und Gehäuseschale 9, welche mit den Klammerelementen 7 verschweißt sind. Die Spitzen 4 der kongruent geschichteten Statorbleche 2 bilden äußere, axial verlaufende Kühlrippen 13 des Blechpaketes 3, die mit dem Gehäuse Kühlkanäle 14 für ein Kühlmittel, vorzugsweise Kühlluft zur Wärmeabfuhr aus dem Stator 1, begrenzen. Zum Durchtritt von Kühlmittel in einen oder aus einem Kühlkanal 14 weisen die Druckringe 8 Kühlmittelöffnungen 15 auf.
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Insgesamt stellt die Erfindung ein als Schweißkonstruktion aus Standardblechteilen gebildetes Gehäuse für den Stator 1 bereit, welches Störfelder des Aktivteils abschirmt. Das geschlossene Schweißgehäuse bietet Flexibilität für Schnittstellen für Anbauteile, wie zum Beispiel Klemmkästen für Anschlussleitungen oder aber Sensoren. Durch die Verwendung von Standardblechteilen können kurze Lieferzeiten für erfindungsgemäße Antriebsmotoren eingehalten werden. Gegenüber leistungsgleichen Antriebsmotoren mit einem Gehäuse aus Grauguss, die eine Wandstärke von etwa 10 mm benötigen, kann ein erfindungsgemäßes Gehäuse in Abhängigkeit der Zugfestigkeit des Blechwerkstoffes mit einer Gehäuseblechdicke von 5 mm bis 6 mm oder weniger, beispielsweise 4 mm, auskommen. Dies führt zu einer erheblichen Gewichtsreduktion des erfindungsgemäßen Antriebsmotors sowohl gegenüber Antriebsmotoren mit Gussgehäusen als auch gegenüber gehäuselosen Zugleistenkonstruktionen. Neben aufwändigen Stahlgussteilen werden Schweißnähte mit dem korrosionsschutzbeschichteten Blechpaket 3 vermieden.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 102005002897 A1 [0002]
- EP 1515417 A2 [0004]
