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Die Erfindung betrifft eine elektrische Maschine umfassend ein Gehäuse, in dem ein Rotor mit an einer Stirnseite vorgesehenen Kühlmittelleitschaufeln aufgenommen ist, einen am Gehäuse angesetzten Kühlring, sowie eine Kühlrippenstruktur, durch die mittels der Kühlmittelleitschaufeln gefördertes Kühlmittel gekühlt wird, die Kühlrippen aufweist, die über einen ringförmigen Deckabschnitt derart axial abgedeckt sind, dass ein Einlassbereich für das von den Kühlmittelleitschaufeln zugeführte Kühlmittel und ein Auslassbereich gegeben ist.
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Leistungsfähige elektrische Maschinen bedürfen einer Kühlung, um die im Betrieb erzeugte Wärme abführen zu können. Hierzu ist es bekannt, am Gehäuse, in dem der Stator und der Rotor aufgenommen sind, im Bereich eines Gehäusebodens, der mit einer entsprechend großen Außennut versehen ist, einen separaten Kühlring anzuordnen, der der Kühlung eines im Inneren des Gehäuses zirkulierenden Kühlmittels wie beispielsweise Luft, einem anderen elektrisch isolierenden Gas oder einer elektrisch isolierenden Flüssigkeit dient. Dieses Kühlmittel wird über rotorseitig vorgesehene Kühlmittelleitschaufeln gezielt zu dem Kühlring gefördert bzw. angesaugt, der eine Kühlrippenstruktur aufweist, die ortsfest ist, nachdem der Kühlring fest mit dem Gehäuse verbaut ist. Das zugeführte Kühlmittel wird entlang der Kühlrippen des Kühlrings geführt, wo es gekühlt wird. Zu diesem Zweck ist der Kühlring selbst in einen Kühlmittelkreislauf eingebunden, ihm wird von extern ein Kühlmittel wie beispielsweise Kühlwasser zugeführt, so dass der Kühlring und damit auch die Kühlrippen aktiv gekühlt werden. An den Kühlrippen findet ein Wärmeübergang von dem erwärmten gehäuseseitigen Kühlmittel zu den Kühlrippen statt, über das durch den Kühlring zirkulierende Kühlmittel wird die Wärme abgeführt.
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Um eine gerichtete Strömung des gehäuseseitigen Kühlmittels durch die Kühlrippenstruktur zu erwirken, ist bei bekannten elektrischen Maschinen am Kühlring selbst ein ringförmiger Deckabschnitt vorgesehen, der die axial vorspringenden, üblicherweise radial verlaufenden Kühlrippen, die an der zum Gehäuse gewandten Ringseite ausgebildet sind, lokal abzudecken, so dass sich zwei definierte Bereiche ergeben. Zum einen ein Einlassbereich, in dem also die Kühlrippenstruktur axial oder radial offen ist. Über diesen offenen Einlassbereich wird das gehäuseseitige Kühlmittel über die Kühlmittelleitschaufeln der Kühlrippenstruktur zugeführt. Des Weiteren wird über den Deckabschnitt axial oder radial offener Auslassbereich definiert, aus welchem das die Kühlrippenstruktur verlassende Kühlmittel wieder ausströmt und zurück in das Gehäuse strömt. Üblicherweise ist der Einlassbereich radial außenliegend und der Auslassbereich radial innenliegend ausgebildet, je nach Strömungsrichtung kann die Anordnung auch andersherum sein.
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Um einen solchen Kühlring umfassend einerseits den zentralen Ringkörper mit der entsprechenden Strömungsstruktur, die es ermöglicht, dass das von extern zugeführte Kühlmittel durch den Kühlring strömt, und umfassend die Kühlrippenstruktur sowie den an dieser einstückig angeformten ringförmigen Deckabschnitt herstellen zu können, ist eine aufwändige Fertigung des Kühlrings als Sandgussbauteil erforderlich, also unter Verwendung eines Sandform- oder Sandgussverfahrens. Hierbei wird eine verlorene Form verwendet, also eine Form, die nach einmaliger Verwendung zum Entformen des Kühlrings zerstört wird. Diese Herstellungsweise ist jedoch sehr aufwändig, resultierend aus der Komplexität der Kühlringstruktur.
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Aus
DE 10 2015 000 536 A1 ist eine elektrische Maschine mit den Merkmalen des Oberbegriffs bekannt. Sie umfasst ein Gehäuse, in dem ein Rotor aufgenommen ist, an dem stirnseitig Kühlmittelleitschaufeln ausgebildet sind, die also axial abstehen. Ferner ist am Gehäuse bzw. den beiden Lagerschilden jeweils ein Kühlmittelring angeordnet. Jeder dieser Kühlmittelringe weist eine Kühlrippenstruktur jeweils umfassend Kühlrippen auf. Bei einer Rotation des Rotors wird über die Kühlmittelleitschaufeln Luft im benachbarten Raum umgewälzt und unter anderem in Form eines Luftstroms durch die Kühlrippenstruktur der Kühlringe geführt. Die Luft zirkuliert von radial außen in die Kühlrippenstruktur und verlässt sie radial innen.
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Aus
DE 10 2004 053 512 A1 ist eine elektrische Maschine bekannt, mit einem Stator und einem diese umgebenden Kühlmantel. Der Stator weist endständige Wickelköpfe auf, die stirnseitig vorstehen. Diesen axial gegenüberliegend sind entsprechende Kühlringe vorgesehen. Zwischen den Wickelköpfen und den Kühlringen ist axial gesehen etwas Abstand, wie auch die Wickelköpfe radial ober- und unterseitig etwas Raum haben. Dieser Raum ist mit einer wärmeleitenden Masse ausgefüllt, die die Wickelköpfe einbettet und dabei die Wickelköpfe thermisch sowohl an die die Räume übergreifenden Bereiche des Kühlmantels als auch an die Kühlringe ankoppelt, so dass die gesamte, in den Wickelköpfen entstehende Wärme durch körperliche Wärmeleitung über die wärmeleitende Masse zum Teil zum Kühlmantel und zum Teil zu den Kühlringen abgeführt wird. Ein solcher Kühlring umfasst einen zu dem benachbarten Wickelkopf gerichteten Trägerring, an dem, sich axial erstreckend, eine Vielzahl von radialen Rippen angeordnet sind. Diese erstrecken sich zu dem axial anschließenden Gehäuseteil.
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Der Erfindung liegt damit das Problem zugrunde, eine demgegenüber einfacher aufgebaute elektrische Maschine anzugeben.
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Zur Lösung dieses Problems ist bei einer elektrischen Maschine der eingangs genannten Art erfindungsgemäß vorgesehen, dass am Kühlring lediglich die Kühlrippen ausgebildet sind, während der ringförmige Deckabschnitt am Gehäuse ausgebildet ist, und dass am Gehäuse eine Rippenstruktur umfassend radial innenliegende und radial außenliegende Rippen, die über den Deckabschnitt voneinander getrennt sind und die Einlass- und Auslassöffnungen begrenzen, ausgebildet ist, wobei die am Kühlring ausgebildeten Kühlrippen benachbart zur Rippenstruktur vorgesehen sind.
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Erfindungsgemäß weist der Kühlring der erfindungsgemäßen elektrischen Maschine nur noch die Kühlrippenstrukturtur auf, also die entsprechende, ringförmige Kühlrippenanordnung mit dem bevorzugt radial verlaufenden Kühlrippen, nicht aber den ringförmigen Deckabschnitt. Dieser ist erfindungsgemäß nunmehr Teil des ohnehin üblicherweise als Druckgussbauteil hergestellten Gehäuses, er ist also dort entsprechend am Gehäuseboden integriert. Dies ist möglich, nachdem in der Montagestellung die Kühlrippen des Kühlrings unmittelbar benachbart zum Gehäuse respektive Gehäuseboden und damit benachbart zu dem dort ausgebildeten Deckabschnitt verlaufen, mithin also von diesem abgedeckt werden, so dass sich trotz Verlagerung des Deckabschnitts als integraler Teil des Gehäuses die entsprechende Leitstruktur für das gehäuseseitige Kühlmittel ergibt. Denn in der Montagestellung wird die axial offene Kühlrippenstruktur des Kühlrings über den gehäuseseitigen Deckabschnitt derart axial abgedeckt, dass sich einerseits ein offener Einlassbereich ergibt, über den das über die Kühlmittelleitschaufeln des Rotors zugeführte Kühlmittel in den Kühlrippenbereich eintritt. Dieser Einlassbereich wird vom Deckband nicht übergriffen. Daran schließt sich der vom Deckband übergriffene Bereich an, der letztlich die entsprechenden, radial verlaufenden Kanäle ausbildet, durch die das zugeführte Kühlmittel radial strömt, um dann an den offenen Auslassöffnungen aus der Kühlrippenstruktur wieder auszutreten. Es ist also in der Montagestellung die gleiche Strömungsgeometrie respektive Kanalgeometrie gegeben, wie bei bisher bekannten Kühlringen umfassend die Kühlrippen sowie den daran angeformten Deckabschnitt, jedoch mit dem Unterschied, dass erfindungsgemäß am Kühlring nur noch die Kühlrippen vorgesehen sind, während der Deckabschnitt integraler Teil des Gehäusebodens ist.
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Da der Deckabschnitt nicht mehr am Kühlring vorgesehen ist, ist dieser konstruktiv wesentlich einfacher, nachdem an ihm lediglich die axial verlaufenden, eine axial offene Kühlrippenstruktur bildende Kühlrippen vorgesehen sind. Es sind keine kanalartigen Kavitäten in diesem Bereich vorgesehen, anders als im Stand der Technik resultierend aus dem dort einstückig an der Kühlrippenstruktur angeformten Deckabschnitt. Diese einfache erfindungsgemäße, axial offene Rippenstruktur ermöglicht es nun, dass der Kühlring - wie auch das Gehäuse - als einfaches Druckgussbauteil unter Verwendung einer mehrfach verwendbaren Druckgussform hergestellt werden kann. Das heißt, dass der erfindungsgemäße Aufbau der elektrische Maschine eine deutlich einfachere Herstellung der zentralen Komponente des Kühlrings ermöglicht, dieser kann also im gleichen Herstellungsverfahren, einem Druckgussverfahren, hergestellt werden wie das Gehäuse selbst. Gleichwohl bleibt die Kühlfunktion die gleiche, nachdem trotz Änderung der Konstruktion von Kühlring und Gehäuseboden in der Montagestellung nach wie vor eine entsprechende Strömungsgeometrie gegeben ist, die sicherstellt, dass das gehäuseseitige Kühlmittel definiert den Kühlrippen zugeführt wird, an diesen entlangströmt und wieder in das Gehäuse zurückgeführt wird.
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Wie beschrieben zirkuliert das gehäuseseitige Kühlmittel vom Gehäuseinneren durch die Kühlrippenstruktur und wieder zurück. Nachdem erfindungsgemäß der Deckabschnitt Teil des Gehäusebodens ist, er also bodenseitig anzubinden respektive auszuformen ist, ist sicherzustellen, dass das Kühlmittel durch den Gehäuseboden am Deckabschnitt vorbei in die Kühlrippenstruktur des Kühlrings eingeleitet und aus dieser austretend durch den Gehäuseboden wieder in das Gehäuseinnere strömen kann. Um dies zu realisieren ist es zweckmäßig, wenn am Gehäuse eine Rippenstruktur umfassend radial innenliegende und radial außenliegende Rippen, die über den Deckabschnitt voneinander getrennt sind und die Einlassöffnungen und Auslassöffnungen begrenzen, ausgebildet ist, wobei die am Kühlring ausgebildeten Kühlrippen benachbart zu den bodenseitigen Rippen verlaufen. Der Deckabschnitt ist also über eine entsprechende Rippenstruktur gehäusebodenseitig integriert, wobei diese Rippenstruktur entsprechende Öffnungen, über die das über die Leitschaufeln geförderte Kühlmittel in die Kühlrippenstruktur des Kühlrings eintritt, begrenzt respektive definiert, wie auch Öffnungen, über die das die Kühlrippenstruktur verlassende Kühlmittel austritt. In der Montagestellung befinden sich die Kühlrippen, vorzugsweise möglichst eng, benachbart zur Rippenstruktur, so dass sich quasi definierte, radiale Strömungswege ausbilden.
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Besonders bevorzugt kann die Rippenstruktur eine an der Gehäuseaußenseite ausgebildete Ringnut begrenzen, wobei die in ringförmiger Anordnung verlaufenden Kühlrippen in die Ringnut eingreifen. An der Bodenaußenseite ist demzufolge eine Ringnut ausgebildet, die abschnittsweise über die radial innenliegenden und außenliegenden Rippen begrenzt wird, und die natürlich ebenfalls über den Deckabschnitt, der bevorzugt den Nutgrund bildet, begrenzt wird. In diese Ringnut greifen in der Montagestellung die ebenfalls ringförmig angeordneten, vorzugsweise radial verlaufenden Kühlrippen des Kühlrings ein. Das zugeführte Kühlmittel wird über die Rippenstruktur respektive die gebildeten Öffnungen demzufolge entsprechend in die Ringnut eingeleitet, durchströmt diese radial und strömt dabei an den Kühlrippen vorbei, währenddessen der Wärmeübergang erfolgt. Sodann strömt das Kühlmittel über die Auslassöffnungen aus der Ringnut aus und zurück in das Gehäuse. Die entsprechenden Öffnungen sind, bezogen auf die Ringnut, in den seitlichen Nutwänden vorgesehen, während wie beschrieben der Deckabschnitt den Ringnutboden bildet. Aufgrund der Ausbildung der Öffnungen in den Seitenwänden ergibt sich folglich eine gerichtete, radiale Durchströmung der Ringnut.
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Die Kühlrippen selbst erstrecken sich dabei gemäß einer zweckmäßigen Weiterbildung der Erfindung bis benachbart zum Grund der Ringnut oder berühren diesen. Ihre axiale Länge sollte möglichst groß sein, entsprechend natürlich auch ihre radiale Länge, so dass sich eine möglichst große Kühlrippenoberfläche ergibt, die einen möglichst großen Wärmeübertrag ermöglicht.
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Bevorzugt fluchten die radial innenliegenden und die radial außenliegenden Rippen der Rippenstruktur radial miteinander, was der Ausbildung definierter, radialer Strömungswege zuträglich ist. Dies insbesondere, wenn auch die radial verlaufenden Kühlrippen mit den Rippen der Rippenstruktur fluchten oder etwas versetzt zu diesen verlaufen. Im Falle einer fluchtenden Anordnung, insbesondere wenn die Kühlrippen und die Rippen gleiche Breite aufweisen, ergeben sich quasi radiale, gerade Kühlmittelkanäle. Auch bei einem leichten Versatz werden derartige Kühlkanäle ausgebildet. Damit kein allzu großer Strömungswiderstand erzeugt wird, sollte der Versatz jedoch nicht allzu groß sein.
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Gemäß einer zweckmäßigen Weiterbildung der Erfindung kann vorgesehen sein, dass zwei benachbarte radial innenliegende Rippen einen Kühlmittelraum mit einem sich gebogen von der axialen Öffnung zu einer radialen, zu den Kühlrippen hin offenen Öffnung verlaufenden Wandabschnitt begrenzen. Wie beschrieben wird das Kühlmittel über die rotorseitigen Schaufeln gefördert, es tritt also je nach Strömungsrichtung über eine axiale Öffnung in den Rippenzwischenraum, also den Kühlmittelraum ein oder über diese aus. Dieser Kühlmittelraum erstreckt sich ein Stück weit axial und weist eine radiale Öffnung auf, die ihn zu den Kühlrippen hin öffnet, über die also das Kühlmittel in den Kühlrippenbereich austreten kann. Wie beschrieben ist diese Öffnung bevorzugt in einer Seitenwand der Ringnut eingebracht. Um nun das zugeführte Kühlmittel mit einer definierten Strömungsrichtung in den oder aus dem Kühlrippenbereich führen zu können ist es zweckmäßig, wenn der Wandabschnitt des Kühlmittelraums gebogen von der axialen Öffnung zur radialen Öffnung hin verläuft, so dass das Kühlmittel längs dieses gebogenen Abschnitts, der quasi den „Boden“ des Kühlmittelraums definiert, geführt und radial umgelenkt wird. Es ist also in diesem Kühlmittel- oder Fluidraum eine gerichtete Kühlmittelführung über diesen gebogenen Wandabschnitt realisiert. Der Kühlmittelraum oder Fluidraum selbst ist als taschenartige Vertiefung ausgeführt, die je nach Abstand der beiden Rippen relativ schmal ist, sich jedoch hinreichend weit axial erstreckt, bevorzugt bis zu der entsprechenden, die Ringnut begrenzenden Seitenwand.
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Neben der elektrischen Maschine selbst betrifft die Erfindung ferner ein Verfahren zur Herstellung eines Gehäuses für eine elektrische Maschine der beschriebenen Art. Dieses Verfahren zeichnet sich dadurch aus, dass das Gehäuse als Druckgussbauteil mit einem Gehäuseboden gegossen wird, an dem in einem Material abtragenden Verfahren radial innenliegende und radial außenliegende Öffnungen erzeugt werden, die über einen dazwischen angeordneten ringförm igen Deckabschnitt voneinander getrennt sind. Das Gehäuse ist ein Druckgussbauteil, das nach dem Guss nachbearbeitet wird, um die entsprechenden radial inneren und äußeren Öffnungen zu erzeugen und darüber letztlich den Deckabschnitt auszubilden. Dies geschieht, indem die Öffnungen durch Materialabtrag erzeugt werden, beispielsweise durch Auffräsen. Der Gehäuseboden wird also als geschlossener Gehäuseabschnitt gegossen, der dann nachbearbeitet wird. Mit dem Erzeugen der Öffnungen wird gleichzeitig der Deckabschnitt definiert, da dieser die in ringförmiger Anordnung ausgebildeten innenliegenden und außenliegenden Öffnungen voneinander trennt. Damit die Material abtragende Nachbearbeitung möglichst einfach ausgeführt werden kann, ist es zweckmäßig, wenn in den Bereichen, in denen die Öffnungen zu erzeugen sind, die Wandstärke des Gehäusebodenmaterials möglichst dünn ist, so dass der Fräsvorgang unter geringem Materialabtrag zügig erfolgen kann.
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Bevorzugt wird beim Gießen am Gehäuseboden an der Bodenaußenseite eine Ringnut ausgebildet, wobei die Öffnungen im Bereich der die Ringnut seitlich begrenzenden Wände erzeugt werden. Dies ermöglicht es, dass, wenn der Kühlring nachfolgend montiert ist, das zugeführte Kühlmittel gezielt radial durch den Kühlrippenabschnitt strömen kann. Auch ergibt sich hieraus ein kompakter Kühlbereich.
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In Weiterbildung der Erfindung ist es zweckmäßig, wenn an der Bodeninnenseite im Bereich der seitlichen Wände taschenartige Vertiefungen ausgebildet werden, wobei die Öffnungen im Bereich der Vertiefungen erzeugt werden. Diese taschenartigen Vertiefungen werden bereits über entsprechende Rippen definiert. Es ist lediglich eine möglichst dünne Gusshaut im Bereich des Taschenbodens respektive bei angrenzender Ringnut im Bereich einer Taschenseitenwand, die die Ringnut begrenzt, vorgesehen, die durch den Materialabtrag zur Bildung der jeweiligen Öffnung abgetragen respektive abgefräst wird. Diese taschenartigen Vertiefungen können nur an einer Seite der Ringnut oder an beiden Ringnutseiten ausgebildet werden. Werden sie an beiden Seiten ausgebildet, so ergibt sich folglich bereits nach dem Guss eine entsprechende Rippenstruktur, jedoch ohne entsprechende Öffnungen zwischen den Rippen, die erst anschließend ausgebildet werden.
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Weitere Vorteile und Einzelheiten der Erfindung werden nachfolgend anhand von Ausführungsbeispielen unter Bezugnahme auf die Zeichnungen erläutert. Die Zeichnungen sind schematische Darstellungen und zeigen:
- 1 eine Perspektivansicht eines Gehäuses für eine erfindungsgemäße elektrische Maschine,
- 2 eine Teilansicht des Gehäusebodens von der gegenüberliegenden Seite,
- 3 eine Schnittansicht entlang der Linie III - III,
- 4 eine vergrößerte Ansicht des Bereichs IV aus 3 vor der Material abtragenden Bearbeitung,
- 5 die Ansicht aus 4 nach der Bearbeitung,
- 6 eine Teilansicht des bearbeiteten Gehäuses im Bereich des Gehäusebodens von der Außenseite entsprechend 2,
- 7 eine Perspektivansicht des Kühlrings unter Darstellung der Kühlrippen,
- 8 die Perspektivansicht des Kühlrings aus 7 von der anderen Seite,
- 9 eine geschnittene Explosionsdarstellung des Gehäuses sowie des an einem Gehäusedeckel angeordneten Kühlrings vor der Montage,
- 10 eine perspektivische Teilansicht der elektrischen Maschine nach dem Befestigen des Kühlrings unter Teildarstellung des Rotors,
- 11 eine Prinzipdarstellung des Strömungswegs des Kühlmittels durch die elektrische Maschine, in einer Teildarstellung, und
- 12 eine geschnittene Teilansicht durch die erfindungsgemäße elektrische Maschine mit allen Komponenten.
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1 zeigt in einer Prinzipdarstellung ein Gehäuse 1 einer elektrischen Maschine, umfassend einen zumindest abschnittsweise zylindrischen Gehäusekörper 2 sowie einen Gehäuseboden 3, an dem, worauf Nachfolgend noch eingegangen wird, Durchbrechungen respektive Öffnungen in einem Material abtragenden, spanendem Verfahren ausgebildet werden, damit über diese Öffnungen ein Kühlmittel, beispielsweise Kühlluft, strömen kann, die am an der Außenseite des Gehäusebodens 3 vorgesehenen Kühlrippen, die Teil eines Kühlrings sind, gekühlt wird und wieder zurück in das Gehäuse 1 strömt.
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Zu diesem Zweck ist, wie 1 deutlich zeigt, an der Innenseite des Gehäusebodens 3 eine erste Taschenstruktur 4 sowie eine radial weiter innenliegende zweite Taschenstruktur 5 mit jeweils radial nach außen verlaufenden, in ringförmiger Anordnung positionierten Taschen ausgebildet.
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Die beiden Taschenstrukturen 4, 5 münden an einem Ringabschnitt 6, siehe 1, der zur Ebene, in der die radial außenliegende Taschenstruktur 4 ausgebildet ist, erhaben ist, mithin also weiter im Gehäuseinneren positioniert ist. Dies führt dazu, dass sich, siehe 2, eine an der Außenseite ausgebildete Ringnut 7 ergibt, in die, worauf Nachfolgend noch eingegangen wird, die Kühlrippen des Kühlrings eingreifen.
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4 zeigt eine Schnittansicht entlang der Linie III - III eines Ausschnitts des Gehäuses 1 aus 1. Gezeigt ist ein Abschnitt des Gehäusebodens 3. In der Schnittansicht ist zum einen der erhabene Ringabschnitt 6 deutlich erkennbar, zum anderen die Taschenstrukturen 4, 5. Diese Taschenstrukturen sind, wie 1 bereits zeigt, nach dem Gießen des Gehäuses, das als Druckgussbauteil hergestellt wird, geschlossen. Das heißt, dass Gusshäute 8, 9 vorgesehen sind, die die Taschen schließen. Die Taschen 12, 13 sind an sich über in Umfangsrichtung voneinander beabstandete Rippen 10 bzw. 11 in Umfangsrichtung voneinander beabstandet, jedoch über die entsprechenden Gusshäute 8, 9 geschlossen. In der vergrößerten Teilansicht sind diese Gusshäute 8, 9 sowie die Rippen 10, 11 deutlich zu erkennen.
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In einem dem Druckguss nachgeschalteten, Material abtragenden Verfahren werden nun diese Gusshäute 8, 9 entfernt, so dass die einzelnen Taschen 12, 13 der Taschenstrukturen 4, 5 geöffnet werden, mithin also die Rippen 10, 11 freigelegt werden und sich an den jeweiligen, nunmehr offenen umlaufenden Rippenstrukturen entsprechende Öffnungen 14, 15 ausbilden, die, wie die Pfeile P zeigen, ein Durchströmen der jeweiligen Rippenstrukturen ermöglichen.
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Der Materialabtrag kann beispielsweise durch Fräsen erfolgen, was relativ einfach möglich ist, da die entsprechenden Gusshäute 8, 9 gut zugänglich sind. Es ist möglich, die Gusshäute 8, 9 sowohl von der Innenseite als auch von der Außenseite des Gehäuses zu bearbeiten.
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6 zeigt in einer Perspektivansicht den Gehäuseboden 3 in einer Teilansicht unter Darstellung der Ringnut 7, der radial außenliegenden Rippen 10 sowie der radial innenliegenden Rippen 11 und der zwischen den jeweiligen Rippen 10, 11 befindlichen Öffnungen 14, 15, durch die das Kühlmittel strömt, das, worauf Nachfolgend noch eingegangen wird, über entsprechende Kühlmittelleitschaufeln des benachbart rotierenden Rotors getrieben, gefördert wird.
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Der Ringabschnitt 6 bildet gleichzeitig den Boden der Ringnut 7, er verbindet die Rippen 10 und 11 miteinander, wie 6 anschaulich zeigt. Diesem Ringabschnitt 6, der nachfolgend als ein „Deckabschnitt“ bezeichnet wird, dient dazu, in definierter Weise die Kühlrippenstruktur des Kühlrings abzudecken, so dass ein definierter Luftstrom über die Öffnungen 14 zu den Öffnungen 15 (oder umgekehrt) an den Kühlrippen vorbei möglich ist.
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7 zeigt eine Perspektivansicht eines Kühlrings 16, an dessen axialer Stirnseite eine Vielzahl einzelner Kühlrippen 17, die axial vorspringen und eine im Wesentlichen rechteckige Form besitzen, ausgebildet ist. An der in 8 gezeigten Rückseite ist ein nahezu vollständig umlaufender Kühlkanal 18 ausgebildet, der entsprechend abgedichtet ist und durch den ein Kühlmittel, beispielsweise Kühlwasser, zirkuliert, um den Kühlring 16 und mit diesem die Kühlrippen 17 zu kühlen. Wie 7 deutlich zeigt, sind am Kühlring 16 lediglich die axial vorspringenden Kühlrippen 17 ausgebildet, sämtliche anderen, der gerichteten Durchströmung dienenden Komponenten sowie insbesondere der Deckabschnitt (= Ringabschnitt 6) sind am Gehäuseboden 3 ausgebildet.
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9 zeigt in einer Explosionsdarstellung einerseits in einer Schnittansicht das Gehäuse 1, andererseits in einer geschnittenen Teilansicht einen Gehäusedeckel 19 sowie den an ihm angeordneten Kühlring 16 nebst einer dem Grunde nach dargestellten Rotorwelle 20, auf der ein Rotor angeordnet wird.
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9 zeigt einerseits die über die Rippen 10 und 11 die gehäusebodenseitig realisierte Kühlrippenstruktur sowie die entsprechenden Öffnungen 14, 15 und die Ringnut 7, axial begrenzt über den gebildeten Deckabschnitt 22 (= vormaliger Ringabschnitt 6). Wie der Figur zu entnehmen ist, gehen die Rippen 10 in gebogener Form in sich sodann radial erstreckende Rippenabschnitte 23 über, die axial vom Gehäuseboden geschlossen sind, so dass sich hierüber zusätzlich eine gerichtete Anströmung ergibt. Die Rippen 11 ihrerseits erstrecken sich ebenfalls ein Stück weit radial und begrenzen die entsprechenden Taschen, die ihrerseits über einen gebogenen Wandabschnitt 24 radial nach innen begrenzt sind, so dass sich in diesem Bereich ein geführter Umlenkbereich ausbildet.
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Seitens des Kühlkörpers 16 sind die Kühlrippen 17 gezeigt, die axial vorspringen und die beim Zusammenschieben in die Ringnut 7 eingeführt werden.
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10 zeigt in einer perspektivischen Teilansicht die Montagestellung, in der der Kühlring 16 mit seinen in ringförmiger Anordnung vorgesehenen Kühlrippen 17 in der Ringnut 7 aufgenommen ist. Ersichtlich erstrecken sich die Kühlrippen 17 bis an den Deckabschnitt 22, sie liegen an ihm direkt an oder sind nur geringfügig von ihm beabstandet. Die Kühlrippen 17 sind umfangsmäßig so beabstandet, dass sie in einer Flucht mit den Rippen 10 und 11 verlaufen. Nachdem das Gehäuse 2 sowie auch der Kühlring 16 positionsfest sind, ist folglich die Position der Kühlrippen 17 relativ zu den Rippen 10, 11 ebenfalls konstant, so dass sich in radialer Richtung gesehen radial verlaufende Durchbrechungen oder Schlitze ergeben, die es ermöglichen, dass Kühlmittel beispielsweise über die Öffnungen 14 kommend zwischen die Kühlrippen 17 strömt, wobei das Kühlmittel hierbei gekühlt wird und sodann über die Öffnung 15 nach vorheriger Umlenkung wieder in das Gehäuseinnere austritt. Das Kühlmittel, z. B. die Luft, zirkuliert also in radialer Richtung von radial außen durch die Öffnungen 14 in die Ringnut 7, also in den Bereich der Kühlrippen 17 und von dort wieder über die Öffnung 15 zurück in das Gehäuseinnere. Der Strömungsweg ist in 11 über die entsprechenden Pfeile P gezeigt. In dieser Figur sind auch die gebogenen Wandabschnitte 24 gut zu erkennen, die die Umlenkung der radial durchströmenden Luft in eine axiale Strömungsrichtung zurück in das Gehäuseinnere erwirken.
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Damit das Kühlmittel, also die Luft, überhaupt gerichtet zirkuliert, sind am Rotor 25 axial vorspringende Kühlmittelleitschaufeln 26 vorgesehen, die z. B. radial gesehen benachbart zu den axial offenen Taschen- oder Schlitzöffnungen 15 sowie gegebenenfalls abschnittsweise das Deckband 22 übergreifend angeordnet sind. Bei einer Rotation des Rotors und damit einer Rotation der Kühlmittelleitschaufeln 26 wird Kühlluft durch die gesamte Rippenanordnung gezogen. Die Strömungsrichtung ist derart, dass die Kühlluft über die radial außenliegenden Öffnungen 14 in den Bereich der Kühlrippen 17 einströmt, an diesen vorbeiströmt und dabei gekühlt wird, und über die radial innenliegenden Öffnungen 15 wieder in das Gehäuseinnere zurückströmt, wo sie erneut nach oben strömt, um wieder zu zirkulieren. Hierüber wird folglich die Kühlluft zwangsläufig an den gekühlten Kühlrippen 17 vorbeigeführt. Da die Kühlrippen 17 in ihrer Geometrie so bemessen sind, dass sie nahezu den gesamten Abstand zwischen den Rippen 10, 11 und den Deckabschnitt 22 ausfüllen, ist eine große Kühlfläche gegeben, entlang welcher die Kühlluft streichen und folglich Wärme abgeben kann, so dass ein effizienter Wärmetausch realisiert ist.
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Diese gerichtete Strömung wird dadurch ermöglicht, dass der Deckabschnitt 22 vorgesehen ist, der die Kühlrippen 17 insoweit abdeckt, dass die Kühlluft nur über die Öffnungen 14 zuströmen kann und nur über die Öffnungen 15 wieder zurückströmen kann.
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Wie vorstehend anschaulich dargelegt, ist der Deckabschnitt 22 als einstückiger, integraler Teil des Gehäusebodens 3 realisiert, anfänglich in Form des Ringabschnitts 6 und nach Material abtragender Bearbeitung und damit Ausbildung der Öffnungen 14, 15 als integraler Deckabschnitt 22. Der Kühlring 16 selbst weist ausschließlich die Kühlrippen 17 auf. Er ist also von seiner Geometrie her sehr einfach ausgestaltet, was es ermöglicht, dass er als Druckgussbauteil hergestellt werden kann, unter Verwendung einer mehrfach verwendbaren Gussform, anders als im Stand der Technik, wo der Deckabschnitt integraler Teil der Kühlrippenstruktur war und deshalb eine verlorene, nur einmal verwendbare Form verwendet werden musste.
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Auch das Gehäuse kann aufgrund der geometrischen Auslegung als Druckgussbauteil hergestellt werden. Denn es sind keinerlei Hinterschnitte oder sonstige komplexen Geometrien vorgesehen, die dies ausschließen würden. Dies ermöglicht es, zunächst den Ringabschnitt 6 als integralen Teil des Gehäusebodens auszubilden und anschließend auf einfache Weise durch einfachen Materialabtrag die Öffnungen 14, 15 und damit den Deckabschnitt 22 zu realisieren.
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Das heißt, dass sowohl das Gehäuse 1 als auch der Kühlring 16 als Druckgussbauteil hergestellt werden können, was die Herstellung wesentlich vereinfacht.
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12 zeigt schließlich in einer perspektivischen, geschnittenen Teilansicht die wesentlichen Komponenten einer elektrischen Maschine 27, umfassend das Gehäuse 1, den Gehäusedeckel 19 nebst Kühlring 16, den Rotor 25 sowie einen Stator 28. Gezeigt sind zum einen die Kühlmittelleitschaufeln 26 sowie die Kühlrippen 17 und die entsprechenden Rippen 10, 11 wie auch der Deckabschnitt 22. Über die Pfeile P ist wiederum der Strömungsweg des Kühlmittels respektive der Kühlluft gezeigt, die ersichtlich, wenn sie wieder in das Gehäuseinnere nach vorheriger Kühlung geströmt ist, in Richtung der Statorwicklungen 29 strömt und diese aktiv kühlt. Infolge des über die Kühlmittelleitschaufeln 26 erzeugten Unterdrucks wird sie sodann wieder von radial außen nach radial innen gesaugt und über die Öffnungen 14 zwischen die Kühlrippen 17 gezogen, wo sie gekühlt wird, wonach sie über die Kühlöffnungen 15 wieder in das Gehäuseinnere zirkuliert.
