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Die Erfindung betrifft einen Elektromotor, insbesondere einen EC-Motor, nach dem Oberbegriff des Anspruches 1 und einen Kühlkörper für einen solchen Elektromotor nach Anspruch 17.
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Elektromotoren haben einen Stator, auf dessen Statorbuchse ein Lamellenpaket sitzt, das mit einer Wicklung versehen ist. In der Statorbuchse ist die Rotorwelle eines Rotors drehbar gelagert, der mit Permanentmagneten versehen ist und im Betrieb des Elektromotors drehbar angetrieben wird. Da auf der Statorbuchse das Lamellenpaket mit der stromdurchflossenen Wicklung sitzt, erwärmt sich die Statorbuchse. Die zur Drehlagerung der Rotorwelle vorgesehenen Drehlager sind in der Statorbuchse gelagert und werden dementsprechend erwärmt. Dies wirkt sich nachteilig auf die Lebensdauer der Lager sowie auch auf das im Lager vorhandene Lagerfett aus. Dies führt dazu, dass auch die Lebensdauer des Elektromotors beeinträchtigt ist.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, den gattungsgemäßen Elektromotor und den gattungsgemäßen Kühlkörper so auszubilden, dass die Lebensdauer des Elektromotors, insbesondere im Bereich der Rotorwellenabstützung, verlängert wird.
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Diese Aufgabe wird beim gattungsgemäßen Elektromotor erfindungsgemäß mit den kennzeichnenden Merkmalen des Anspruches 1 und beim Kühlkörper erfindungsgemäß mit den Merkmalen des Anspruches 17 gelöst.
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Beim erfindungsgemäßen Elektromotor ist im Ringraum zwischen der Statorbuchse und der Rotorwelle wenigstens ein Teil eines Luftleitkörpers angeordnet. Dreht die Rotorwelle um ihre Achse, dann wird die im Ringraum befindliche Luft zumindest teilweise in Bewegung versetzt. Der im Ringraum befindliche Luftleitkörper sorgt dafür, dass diese Luft verwirbelt wird, wodurch die Wärme von der Statorbuchse auf die Rotorwelle übertragen wird. Sie ist kühler als die Statorbuchse, da der Rotormantel von außen gekühlt wird und die Rotorwelle wärmeleitend mit dem Rotormantel verbunden ist. Die durch die verwirbelte Luft von der Statorbuchse übertragene Wärme wird von der Rotorwelle in den Rotormantel geleitet und dort an die Umgebung abgegeben. Darüber hinaus wird durch Einbringung eines zusätzlichen Bauteiles die zur Wärmeübertragung auf der Rotorseite zur Verfügung stehende Fläche gesteigert. Als Folge hiervon werden die Lagersitze der Statorbuchse für die Drehlager der Rotorwelle thermisch entlastet. Dies wirkt sich insbesondere auf die Einsatzdauer des Lagerfettes und damit auf die Drehlager selbst günstig aus.
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Der Ringraum kann jede geeignete Umrissform haben, beispielsweise kreisringförmig, eckig oder eine sonstige gewölbte Form.
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Der Luftleitkörper hat bei einer vorteilhaften Ausführung die Form eines Flügels.
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Der Luftleitkörper kann jede geeignete Form haben. So kann er ein einfacher Körper sein, wie ein runder oder eckiger Pin. Solche Körper können zum Beispiel in die Rotorwelle eingesteckt oder eingeschraubt sein.
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Beim erfindungsgemäßen Elektromotor wird der bisher ungenutzte Ringraum zwischen der Statorbuchse und der Rotorwelle zur Kühlung in einfacher Weise herangezogen. Da der Ringraum nach außen abgeschlossen ist bzw. kein direkter Kontakt zur Umgebung des Elektromotors besteht, können Verschmutzungen von außen nicht in den Bereich des Ringraumes gelangen.
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Der Luftleitkörper ist vorteilhaft drehfest mit der Rotorwelle verbunden. Dies hat zur Folge, dass die Luft im Ringraum bei drehender Rotorwelle intensiv in Bewegung versetzt wird, wodurch die Wärme von der Statorbuchse zur Rotorwelle und von dort auf den Rotormantel sehr effektiv übertragen werden kann.
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Es ist bei einer anderen Ausführungsform auch möglich, dass der Luftleitkörper an der Innenwand der Statorbuchse innerhalb des Ringraumes angeordnet ist. Da die Rotorwelle in Betrieb des Elektromotors um ihre Achse dreht, wird schon durch die Rotorwelle selbst zumindest ein Teil der Luft im Ringraum in Bewegung versetzt. Der nicht mitdrehende Luftleitkörper sorgt dann dafür, dass diese in Bewegung versetzte Luft entsprechend verwirbelt wird, wodurch die Wärme von der Statorbuchse zur Rotorwelle wirksam übertragen werden kann.
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Es ist darüber hinaus möglich, sowohl an der Innenwand der Statorbuchse als auch an der rotierenden Rotorwelle jeweils wenigstens einen Luftleitkörper vorzusehen. Das Zusammenspiel zwischen dem feststehenden und dem drehenden Luftleitkörper führt zu einer besonders intensiven Verwirbelung der Luft im Ringraum und damit zu einer optimalen Wärmeübertragung von der Statorbuchse auf die Rotorwelle.
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Bei einer bevorzugten Ausführungsform ist der Luftleitkörper so im Ringraum angeordnet, dass er sich in Längsrichtung der Rotorwelle erstreckt. Der Luftleitkörper kann hierbei so lang sein, dass er sich im Wesentlichen über den Abstand zwischen axial benachbarten Drehlagern in der Statorbuchse erstreckt.
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Es ist aber auch möglich, den Luftleitkörper kürzer auszubilden, so dass im Bereich zwischen benachbarten Drehlagern der Statorbuchse beispielsweise zwei oder mehrere kürzere Luftleitkörper angeordnet sind.
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Der Einsatz solcher kürzerer Luftleitkörper hat den Vorteil, dass die Luftleitkörper im Ringraum dort gezielt angeordnet werden können, wo eine besonders intensive Verwirbelung der Luft für die Wärmeabfuhr von der Statorbuchse zur Rotorwelle gewünscht ist.
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Der Luftleitkörper kann sich parallel zur Achse der Rotorwelle erstrecken.
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Es ist weiter in vorteilhafter Weise möglich, den Luftleitkörper geneigt zur Längsachse der Rotorwelle anzuordnen.
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Der Luftleitkörper kann sich bei einer vorteilhaften Ausführungsform radial in Bezug auf die Rotorwelle erstrecken.
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Weiter besteht die Möglichkeit, den Luftleitkörper geneigt zur Radialen der Rotorwelle anzuordnen.
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Somit kann durch die Lage des Luftleitkörpers relativ zur Rotorwelle je nach den Verhältnissen im Ringraum des Elektromotors die Wärmeabfuhr von der Statorbuchse auf die Rotorwelle optimiert werden. Da der Luftleitkörper sowohl hinsichtlich seiner Längsrichtung als auch hinsichtlich seiner hierzu quer vorgesehenen Ausrichtung variabel gestaltet werden kann, kann im Ringraum die für die Wärmeabfuhr optimale Luftverwirbelung eingestellt werden.
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Der Luftleitkörper kann unmittelbar auf der Rotorwelle sitzen. Es ist aber auch möglich, dass der Luftleitkörper Abstand von der Rotorwelle hat und durch wenigstens einen Steg mit ihr drehfest verbunden ist. Dann befindet sich der Luftleitkörper vollständig im Ringraum und kann für eine sehr intensive Luftverwirbelung sorgen.
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Der Luftleitkörper kann auch in die Rotorwelle eingelassen sein.
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Der Luftleitkörper kann in Umfangsrichtung der Rotorwelle derart angestellt sein, dass er sich in Drehrichtung der Rotorwelle innerhalb des Ringraumes schräg nach vorn oder nach hinten erstreckt.
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Von Vorteil ist es, wenn im Ringraum in Umfangsrichtung mit Abstand hintereinanderliegende Flügel angeordnet sind. Dadurch wird über den Umfang des Ringraumes eine gute Luftverwirbelung erreicht.
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In diesem Falle begrenzen in Umfangsrichtung benachbarte Luftleitkörper jeweils einen Luftzirkulationsraum. Die Luft zwischen den benachbarten Luftleitkörpern wird beim Drehen der Rotorwelle in diesen Räumen in eine Zirkulationsbewegung versetzt, die eine intensive Wärmeabfuhr von der Statorbuchse auf die Rotorwelle ermöglicht.
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Der Luftleitkörper kann über seine Länge und/oder seine Breite gewunden ausgebildet sein. Durch eine solche Formgestaltung ist eine weitere Eingriffsmöglichkeit gegeben, um den Luftleitkörper so auszubilden und/oder anzuordnen, dass die gewünschte gute Wärmeabfuhr erreicht wird.
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Bei einer bevorzugten Ausführungsform ist der Luftleitkörper Teil eines Kühlkörpers, der auf der Rotorwelle drehfest sitzt. In diesem Fall besteht die Möglichkeit, nachträglich in den Ringraum von Drehmotoren den Luftleitkörper unterzubringen, um eine gute Wärmeabfuhr von der Statorbuchse auf die Rotorwelle zu ermöglichen.
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Damit ein solcher Kühlkörper zuverlässig auf der Rotorwelle befestigt werden kann, ist der Kühlkörper mit wenigstens einem Halteelement versehen, mit dem der Kühlkörper auf der Rotorwelle drehfest befestigt werden kann.
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Eine einfache und sichere Befestigung ergibt sich hierbei, wenn das Halteelement in bevorzugter Ausbildung ringförmig ausgebildet ist.
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Der erfindungsgemäße Kühlkörper hat wenigstens ein Halteelement, das mit wenigstens einem abstehenden Luftleitkörper versehen ist. Mit dem Halteelement lässt sich der Kühlkörper auf der Rotorwelle einfach und zuverlässig befestigen. Der vom Halteelement abstehende Luftleitkörper ragt dann in den Ringraum zwischen der Statorbuchse und der Rotorwelle und sorgt für die Luftverwirbelung, wodurch die gewünschte gute Wärmeabfuhr erreicht wird.
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Bei einer bevorzugten Ausführungsform ist das Halteelement ringförmig ausgebildet. Dadurch kann der Kühlkörper zuverlässig mit dem Halteelement auf der Rotorwelle befestigt werden.
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Der Luftleitkörper steht quer vom Haltelement ab, so dass er ausreichend weit in den Ringraum zwischen der Statorbuchse und der Rotorwelle ragt und für eine gute Luftverwirbelung im Ringraum sorgt.
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Der Anmeldungsgegenstand ergibt sich nicht nur aus dem Gegenstand der einzelnen Patentansprüche, sondern auch durch alle in den Zeichnungen und der Beschreibung offenbarten Angaben und Merkmale. Sie werden, auch wenn sie nicht Gegenstand der Ansprüche sind, als erfindungswesentlich beansprucht, soweit sie einzeln oder in Kombination gegenüber dem Stand der Technik neu sind.
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Weitere Merkmale der Erfindung ergeben sich aus den weiteren Ansprüchen, der Beschreibung und den Zeichnungen.
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Die Erfindung wird anhand eines in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispieles näher erläutert. Es zeigen
- 1 im Axialschnitt einen erfindungsgemäßen Elektromotor mit einem erfindungsgemäßen Kühlkörper,
- 2 in vereinfachter und vergrößerter Darstellung einen Radialschnitt durch den erfindungsgemäßen Elektromotor im Bereich einer Rotorwelle,
- 3a im Axialschnitt eine Hälfte eines auf der Rotorwelle vorgesehenen Kühlkörpers,
- 3b in einer Darstellung entsprechend 3a eine weitere Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Kühlkörpers,
- 4a bis 4c weitere Ausführungsformen von Elektromotoren mit erfindungsgemäßen Kühlkörpern, jeweils im Radialschnitt,
- 5a und 5b jeweils im Axialschnitt weitere Gestaltungen des erfindungsgemäßen Kühlkörpers,
- 6 bis 9 in perspektivischer Darstellung weitere Ausführungsformen von erfindungsgemäßen Kühlkörpern.
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Im Folgenden wird anhand von 1 beispielhaft ein Elektromotor beschrieben, der als EC-Motor ausgebildet ist und ein Außenläufermotor ist. Der Elektromotor kann auch jede andere Ausbildung haben.
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Der Elektromotor hat einen Stator 1, der mit einer Statorbuchse 2 versehen ist. Sie steht von einem radial nach außen sich erstreckenden Statorflansch 3 ab, der den Boden eines Einbauraumes 4 bildet, in dem elektrische/elektronische Bauteile 5 zur Steuerung des Elektromotors untergebracht sind. Der Einbauraum 4 wird von einem Mantel 6 umgeben, der quer vom Statorflansch 3 absteht. Die Statorbuchse 2, der Statorflansch 3 und der Mantel 6 sind vorteilhaft einstückig miteinander ausgebildet. Der Statorflansch 3 überragt den Mantel 6 radial. Auf die Stirnseite des Mantels 6 wird unter Zwischenlage wenigstens einer Dichtung 7 ein Deckel 8 aufgesetzt. Er ist vorteilhaft lösbar mit dem Mantel 6 verbunden.
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Die Statorbuchse 2 wird von einem Rotor 9 umgeben, der eine Rotorwelle 10 aufweist, die in der Statorbuchse 2 drehbar gelagert ist. Zur Drehlagerung sind in der Statorbuchse 2 mit axialem Abstand voneinander angeordnete Drehlager 11, 12 untergebracht, die vorteilhaft Kugellager sind. Die beiden Drehlager sind nahe den beiden Enden der Statorbuchse 2 vorgesehen.
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Die Rotorwelle 10 ist mit ihrem über das Drehlager 12 vorstehenden Ende in einem Lager 13 befestigt, das an einem Boden 14 des Rotors 9 befestigt ist. Das Lager 13 ist an der dem Drehlager 12 zugewandten Seite des Bodens 14 vorgesehen, der vorteilhaft einstückig mit einem Rotormantel 15 ausgebildet ist. Er ist an seinem vom Boden 14 abgewandten Ende mit einem radial nach außen gerichteten Flansch 16 versehen, der dem radial äußeren Bereich des Statorflansches 3 mit axialem Abstand gegenüberliegt.
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Der den Mantel 6 radial überragende Teil des Statorflansches 3 ist auf seiner dem Flansch 16 zugewandten Seite mit Kühlrippen 17 versehen, die in Abständen über den Umfang des Statorflansches 3 verteilt angeordnet sind. Die Kühlrippen 17 können sich radial oder schräg zur Umfangsrichtung des Statorflansches 3 erstrecken. Die Kühlrippen 17 können auch eine V-Form, eine Wellenform und dergleichen aufweisen.
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Auch der Flansch 16 des Rotors 9 kann auf seiner den Kühlrippen 17 zugewandten Seite mit Kühlrippen 18 versehen sein. Sie können sich ebenfalls radial oder auch schräg zur Umfangsrichtung des Flansches 16 erstrecken aber auch V-Form, Wellenform und dergleichen haben. Die Kühlrippen können beispielsweise weniger weit über den Flansch 16 vorstehen als die Kühlrippen 17 über den Statorflansch 3.
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Das freie Ende des Rotormantels 15 ist radial nach innen versetzt angeordnet und ragt derart in eine Ringnut 19 des Statorflansches 3, dass eine Labyrinthdichtung 20 gebildet wird.
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Auf der Statorbuchse 2 sitzt ein zylindrisches Statorpaket 21, das aus aufeinandersitzenden und fest ineinander verbundenen ringförmigen Lamellen gebildet ist. Das Statorpaket 21 ist von einer elektrisch isolierenden Ummantelung 22 umgeben.
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An der Innenseite des Rotormantels 15 sind in bekannter Weise Permanentmagnete 23 befestigt, die das Statorpaket 21 unter Bildung eines ringförmigen Luftspaltes 24 umgeben. Im dargestellten Ausführungsbeispiel sind die Permanentmagnete 23 in zwei übereinanderliegenden, in Umfangsrichtung sich erstreckenden Reihen angeordnet.
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Der Boden 14 des Rotors 9 ist an der Innenseite mit Flügeln 25 versehen, die über den Umfang des Bodens 14 verteilt angeordnet sind und bei drehendem Rotor 9 einen Kühlluftstrom erzeugen, mit dem das Statorpaket 21 gekühlt wird.
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Vorteilhaft sind der Rotormantel 15, der Flansch 16 mit den Kühlrippen 18, der Boden 14 und die Flügel 25 einstückig miteinander ausgebildet.
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Zwischen der Rotorwelle 10 und der Innenwand 26 der Statorbuchse 2 ist ein Ringraum 27 gebildet, der sich im Bereich zwischen den beiden Drehlagern 11, 12 axial erstreckt und in dem wenigstens ein Kühlkörper 28 untergebracht ist, der mit der Rotorwelle 10 drehfest verbunden ist. Anhand der 2 bis 7 werden nachfolgend einige Ausführungsbeispiele eines solchen Kühlkörpers erläutert.
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Im Ringraum 27 befindet sich Luft, die durch den Kühlkörper 28 bei drehender Rotorwelle 10 so in Bewegung versetzt wird, dass der Wärmeübergang auf der Motorseite von der Wicklung 29 des Statorpaketes 21 ausgehend in Richtung des deutlich kühleren und durch den Rotormantel 15 nach außen gekühlten Bereiches der Rotorwelle 10 deutlich verbessert wird. Dadurch werden die Drehlager 11, 12 thermisch entlastet, was sich vor allem auf die Gebrauchsdauer des Lagerschmiermittels und damit die Lagerlebensdauer vorteilhaft auswirkt.
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Zudem wird durch den Kühlkörper 28 eine Homogenisierung der Temperatur in der Rotorwelle 10 sowie in der Statorbuchse 2 erreicht, was sich ebenfalls vorteilhaft auf die Lebensdauer der Drehlager 11, 12 auswirkt. Der Kühlkörper 28 ist im Ringraum 27 geschützt untergebracht. Es besteht kein direkter Kontakt zur Umgebung. Dadurch besteht auch nicht die Gefahr, dass der Kühlkörper 28 von außen verschmutzt wird, was beispielsweise beim Einsatz des Elektromotors in landwirtschaftlichen Anwendungen ein Problem darstellen würde.
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Der Kühlkörper 28 ist vorteilhaft ein eigenständiges Bauteil, das nachträglich mit der Rotorwelle 10 drehfest verbunden werden kann. Dadurch besteht sogar die Möglichkeit, bereits bestehende Elektromotoren nachträglich mit einem solchen Kühlkörper 28 auszurichten.
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Es ist insbesondere in vorteilhafter Weise möglich, den Kühlkörper 28 im Ringraum 27 gezielt dort anzuordnen, wo die Wärmeabfuhr besonders wichtig ist.
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Anhand von 2 wird die Wirkung des Kühlkörpers 28 erläutert. Zwischen der Innenwandung 26 der Statorbuchse 2 und der Rotorwelle 10 befindet sich der Ringraum 27 in Form des Luftspaltes. Auf der Rotorwelle 10 ist der Kühlkörper befestigt, von dem beispielhaft drei Luftleitkörper 30 dargestellt sind. Sie können unterschiedliche Gestalt haben. Im Ausführungsbeispiel sind die Luftleitkörper als Flügel 30 ausgebildet. Eine Beschränkung auf eine Flügelform ist hierin aber nicht zu sehen. Im dargestellten Ausführungsbeispiel gemäß 2 sind drei radial verlaufende Flügel 30 dargestellt sind, die in gleichen Winkelabständen über den Umfang der Rotorwelle 10 verteilt angeordnet sind. Die Flügel 30 können gleich ausgebildet sein. Die Flügel 30 enden mit Abstand von der Innenwand 26 der Statorbuchse 2.
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Im Bereich zwischen benachbarten Flügeln 30 wird jeweils ein Zirkulationsraum 31 gebildet, in dem die Luft bei drehender Rotorwelle 10 zirkuliert. Die Luftzirkulation 32 ist in einer der Zirkulationsräume 31 durch Strömungspfeile gekennzeichnet. Die Zirkulationsräume 31 sind durch Übergänge 33, die zwischen dem radial äußeren Ende der Flügel 30 und der Innenwand 26 der Statorbuchse 2 gebildet sind, miteinander verbunden.
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Die Luftzirkulation 32 in den Zirkulationsräumen 31 sorgt für einen Luftaustausch zwischen der wärmeren Statorbuchse 2 und der kühleren Rotorwelle 10. Die Flügel 30 stehen von einem ringförmigen Träger ab, der drehfest auf der Rotorwelle 10 sitzt. Der ringförmige Träger kann ein Zylinder sein, der sich über die axiale Länge der Flügel 30 erstreckt. Der Träger kann aber auch durch einzelne Ringe gebildet sein, die über die axiale Länge der Flügel 30 verteilt angeordnet sind und drehfest auf der Rotorwelle 10 sitzen. Beispiele hierfür werden anhand der 6 und 7 noch erläutert werden.
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Wie beispielhaft 3a zeigt, erstrecken sich die Flügel 30 in Axialrichtung derart, dass sie Abstand von den benachbarten Drehlagern 11, 12 für die Rotorwelle 10 haben. Der Kühlkörper 28 ist dementsprechend als einteiliges Laufrad ausgebildet, das im Ringraum 27 zwischen der Statorbuchse 2 und der Rotorwelle 10 angeordnet ist.
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Wie beispielhaft 3b zeigt, kann der Kühlkörper 28 auch als mehrteiliges Laufrad, im Ausführungsbeispiel als zweiteiliges Laufrad ausgebildet sein. In diesem Falle hat der Kühlkörper 28 mit axialem Abstand hintereinanderliegende Flügel 30. Vorteilhaft sind die einzelnen Flügel 30 gleich ausgebildet. Über den Umfang der Rotorwelle 10 sind diese Flügelpaare vorteilhaft mit gleichem Abstand voneinander angeordnet, wie es beispielhaft in 2 dargestellt ist.
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Die Flügel 30 der Flügelpaare können auch unterschiedlich gestaltet sein, insbesondere unterschiedliche axiale Länge haben.
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Die Flügel 30 haben entsprechend den vorigen Ausführungsbeispielen jeweils axialen Abstand von den benachbarten Drehlagern 11 und 12.
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Bei der zweiteiligen Gestaltung wird zwischen den in Umfangsrichtung benachbarten Flügeln jeweils ein Zirkulationsraum 31 gebildet, in dem die Luftzirkulation 32 stattfindet.
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Die Flügel 30 gemäß den 2, 3a und 3b können über ihre radiale Breite gerade ausgebildet sein. Auch können sich die Flügel 30 gerade in Axialrichtung der Rotorwelle 10 bzw. des Kühlkörpers 28 erstrecken. Darüber hinaus ist es auch möglich, dass die Flügel 30 in Umfangsrichtung des Kühlkörpers 28 einen gekrümmten bzw. einen geometrisch verwundenen Verlauf haben. Durch die unterschiedliche Gestaltung der Flügel 30 ist es somit in vorteilhafter Weise möglich, den Kühlkörper 28 so zu gestalten, dass im gewünschten Bereich eine optimale Wärmeübertragung von der Statorbuchse 2 zur Rotorwelle 10 stattfinden kann.
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4a zeigt eine Ausbildung entsprechend 2. Die Flügel 30 stehen radial von einem (nicht dargestellten) Haltering des Kühlkörpers 28 ab.
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Hiervon unterscheidet sich die Ausführungsform gemäß 4b dadurch, dass die Flügel 30 von einem Deckzylinder 34 umgeben sind, der am radial äußeren Ende der Flügel 30 befestigt ist. Der Deckzylinder 34 hat Abstand von der Innenwand 26 der Statorbuchse 2. Der Deckzylinder 34 kann in geeigneter Weise an den äußeren Enden der Flügel 30 befestigt sein. Beispielhaft ist der radiale Abstand des Deckzylinders 34 zur Innenwand 26 der Statorbuchse 2 gleich groß wie der radiale Abstand zwischen der Rotorwelle 10 und dem Deckzylinder 34. Je nach Anwendungs- und Einsatzfall können diese Abstände auch unterschiedlich ausgebildet sein.
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Der Deckzylinder 34 kann sich über die axiale Länge der Flügel 30 erstrecken. Es ist aber auch möglich, dass der Deckzylinder 34 axial länger als die Flügel 30 oder die Flügel 30 axial länger als der Deckzylinder 34 sind.
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Schließlich ist es auch möglich, dass über die axiale Länge der Flügel 30 beispielsweise zwei mit axialem Abstand hintereinanderliegende Deckzylinder 34 vorgesehen sind.
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Bei der Ausführungsform nach 4c sind die Flügel 30 in Umfangsrichtung der Rotorwelle 10 bzw. der Statorbuchse 2 angestellt. In diesem Falle erstrecken sich die Flügel 30 nicht von der Rotorwelle 10 aus nach außen, sondern liegen mit radialem Abstand zu ihr sowie zur Innenwand 26 der Statorbuchse 2. Auf der Rotorwelle 10 sitzt in diesem Falle wenigstens ein (nicht dargestellter) Haltering, mit dem die Flügel 30 über radial verlaufende Stege 35 verbunden sind. Bei dieser Ausführungsform ist ähnlich wie beim Ausführungsbeispiel gemäß 4a ein Deckzylinder nicht vorgesehen.
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Wie die 4a bis 4c beispielhaft zeigen, kann durch die geometrische Gestaltung des Kühlkörpers 28 sowie die Anordnung und/oder Formgebung der Flügel 30 die Art der Luftzirkulation 32 gezielt beeinflusst werden.
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Bei den Ausführungsformen nach den 4a und 4b erfolgt die Luftzirkulation 32 in der Weise, wie es anhand von 2 beispielhaft erläutert worden ist.
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Bei den gekippten Flügeln 30 nach 4c erweitert sich der zwischen dem jeweiligen Flügel 30 und der Innenwand 26 der Statorbuchse 2 befindliche Zirkulationsraum 31 entgegen der Drehrichtung der Rotorwelle 10. Dadurch wird erreicht, dass bei drehender Rotorwelle 10 die Luft mit hoher Geschwindigkeit in den jeweiligen Zirkulationsraum 31 gelangt, wodurch eine gute Wärmeübertragung von der Statorbuchse 2 zur Rotorwelle 10 erreicht wird.
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Wie aus den 5a und 5b hervorgeht, können die Flügel 30 über ihre axiale Länge unter einem Winkel α geneigt zur Achsrichtung der Rotorwelle 10 angeordnet sein. Dies hat zur Folge, dass die Luftzirkulation 32 bei rotierender Rotorwelle 10 axial erfolgt. Dies ist durch die gestrichelten Strömungspfeile veranschaulicht.
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Beim Ausführungsbeispiel gemäß 5a ist der Kühlkörper 28, von dem nur ein Flügel 30 dargestellt ist, einteilig ausgebildet. Die Flügel 30 erstrecken sich sowohl in Axialrichtung als auch in Radialrichtung gerade und sind so vorgesehen, dass sie, in radialer Richtung gesehen, nicht über die Rotorwelle 10 radial überstehen. Die Luft strömt im Ringraum 27 sowie im Zirkulationsraum 31 zwischen in Umfangsrichtung benachbarten Flügeln 30 in Axialrichtung längs dieser Flügel. Wie sich aus den Strömungspfeilen 32 ergibt, wird die Luft im Ringraum 27 durch die Flügel 30 so geleitet, dass sie die Flügel 30 über ihre axiale Länge umströmt. Dadurch ist eine besonders wirksame Wärmeübertragung von der Statorbuchse 2 auf die Rotorwelle 10 sichergestellt.
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Bei der Ausführungsform gemäß 5b ist der Kühlkörper 28 mehrteilig ausgebildet, im Beispielsfall zweiteilig. Die Flügel 30 liegen mit axialem Abstand hintereinander und sind jeweils in Axialrichtung unter dem Winkel α zur Achse der Rotorwelle 10 geneigt angeordnet. Die Flügel 30 sind hierbei entgegengesetzt schräg zueinander angeordnet. Die paarweise vorgesehenen, axial mit Abstand hintereinanderliegenden Flügel 30 sind über den Umfang der Rotorwelle 10 verteilt angeordnet.
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Die Flügel 30 sind sowohl in ihrer Längsrichtung als auch in Radialrichtung jeweils gerade ausgebildet. Auch bei dieser Ausführungsform werden die Flügel 30 bei Rotation der Rotorwelle 10 auf beiden Seiten von Luft überströmt, die zunächst längs der einen Seite der Flügel 30 strömt und dann auf der anderen Seite in entgegengesetzter Richtung zurückströmt.
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Da die axial benachbarten Flügel 30 unterschiedlich geneigt angeordnet sind, ist die axiale Strömungsrichtung, die durch die Flügel 30 erzielt wird, gegensinnig, wie sich aus den Strömungspfeilen in 5b ergibt.
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Auch die Flügel 30 der Ausführungsform gemäß 5b sind so in Bezug auf die Rotorwelle 10 angeordnet, dass sie, in Radialrichtung gesehen, nicht über die Rotorwelle 10 radial überstehen.
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Die axial benachbarten Flügel 30 können auch unterschiedlich geneigt zur Längsachse der Rotorwelle 10 angeordnet sein.
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Durch die axiale Luftströmung bei den Ausführungsformen nach den 5a und 5b werden die Drehlager 11, 12 (1) direkt axial angeströmt, so dass eine optimale Kühlung der Drehlager erreicht wird. Die axiale Luftströmung wird durch die Neigung der Flügel 30 relativ zur Achse der Rotorwelle 10 erreicht. Der Neigungs- bzw. Anstellungswinkel α kann in Abhängigkeit vom Anwendungsfall modifiziert werden. So lassen sich auch Betriebspunkte durch Wahl des geeigneten Neigungswinkels α einfach anpassen.
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Die Flügel 30 sind bei den Ausführungsformen gemäß den 5a und 5b sowohl in Axialrichtung als auch in Radialrichtung beispielhaft gerade gestaltet. Die Flügel 30 können aber auch in Radialrichtung und/oder Axialrichtung gekrümmt ausgebildet sein, wie anhand der 8 und 9 erläutert werden wird. Dadurch stehen weitere Anpassungsmöglichkeiten zur Verfügung, um gezielt in bestimmten Bereichen die Wärme von der Statorbuchse 2 auf die Rotorwelle 10 zu übertragen und die Drehlager 11, 12 zu kühlen.
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6 zeigt beispielhaft einen Kühlkörper 28, der auf der Rotorwelle 10 befestigt werden kann. Er hat drei Halteringe 36, 37, 38 mit denen der Kühlkörper 28 auf der Rotorwelle 10 befestigt wird. Zwischen den Halteringen 36, 37, 38 erstrecken sich die Flügel 30, die jeweils gleich ausgebildet sind und in Umfangsrichtung mit gleichem Abstand hintereinanderliegen. Die Flügel 30 sind im Radialschnitt so ausgebildet, dass ihre Querschnittsbreite von den Halteringen 36, 37, 38 aus radial nach außen zunimmt, vorzugsweise stetig. Die Flügel 30 haben gekrümmte Seitenwände 39, 40, die entgegengesetzt zueinander gekrümmt verlaufen und am radial äußeren Ende durch eine gekrümmte Außenseite 41 miteinander verbunden sind.
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Die Außenseiten 41 der Flügel 30 liegen auf einem gedachten Zylinder, dessen Achse die Längsachse der Rotorwelle 10 ist.
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Die Flügel 30 erstrecken sich zwischen den beiden endseitigen Halteringen 36, 37. Der mittlere Haltering 38 sorgt für eine ausreichende Stabilität des Kühlkörpers 28.
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Je nach axialer Länge des Kühlkörpers 28 reichen auch nur zwei Halteringe aus. Bei größerer axialer Länge können auch mehr als drei Halteringe vorgesehen sein.
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Der Kühlkörper 28 gemäß 7 hat ebenfalls die drei Halteringe 36, 37, 38, von denen entsprechend der vorherigen Ausführungsform der mittlere Haltering 38 mittig zwischen den beiden endseitigen Halteringen 36, 37 liegt.
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Mit den Halteringen 36 bis 38 wird der Kühlkörper 28 auf der Rotorwelle 10 drehfest befestigt.
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Über den Umfang der Halteringe 36 bis 38 sind gleichmäßig verteilt die Flügel 30 befestigt, deren Breite in Radialrichtung von den Halteringen 36 bis 38 aus radial nach außen zunimmt, vorzugsweise stetig. Sämtliche Flügel 30 sind vorteilhaft gleich ausgebildet und haben in Umfangsrichtung jeweils gleichen Abstand voneinander. Im Unterschied zur vorigen Ausführungsform verlaufen die Seitenwände 39, 40 der Flügel 30 in radialer Richtung gerade. Auch die Außenseiten 41 der Flügel 30 sind gerade.
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Wie ein Vergleich der Kühlkörper 28 gemäß den 6 und 7 zeigt, sind die Flügel 30 beim Ausführungsbeispiel nach 6 in Umfangsrichtung wesentlich breiter als bei der Ausführungsform nach 7. Dafür ist der umfangseitige Abstand zwischen den Flügeln 30 des Ausführungsbeispieles gemäß 7 wesentlich größer als bei der Ausführungsform nach 6.
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Die Flügel 30 des Ausführungsbeispieles gemäß 7 erstrecken sich zwischen den endseitigen Halteringen 36 und 37. Wie bei der Ausführungsform nach 6 können die Flügel 30 die Halteringe 36 und 37 auch axial überragen.
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Der Kühlkörper 28 gemäß 8 ist im Wesentlichen gleich ausgebildet wie die Ausführungsform gemäß 7. Die Flügel 30 sind allerdings über ihre Länge in Radial- und Axialrichtung gekrümmt ausgebildet.
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Der Kühlkörper 28 nach 9 hat die Flügel 30, die in Radialrichtung gekrümmt verlaufen, in Axialrichtung jedoch gerade. Im Übrigen ist der Kühlkörper 28 gleich ausgebildet wie das Ausführungsbeispiel nach 7.
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Bei sämtlichen Ausführungsformen wird durch die Flügel 30 erreicht, dass im Ringraum 27 eine gesteigerte Luftbewegung durch Zirkulation entsteht, wodurch die im Ringraum 27 befindliche Luft die Wärme von der Statorbuchse 2 auf die kühlere Rotorwelle 10 übertragen kann. Durch den durch Zirkulation erzeugten Wärmetransport können insbesondere die Drehlager 11, 12 je nach Einsatzfall so gekühlt werden, dass eine lange Einsatzdauer der Drehlager erreicht werden kann.
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Durch das beschriebene modulare Konzept ist eine gezielte Implementierung in einzelnen thermisch kritischen Baureihen möglich bzw. der thermische Einsatzbereich entsprechend erweiterbar.
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Der Kühlkörper ermöglicht eine verbesserte Kühlung der Statorbuchse und der Lagersitze für die Drehlager 11, 12. Zwischen dem Stator 1 und dem Rotor 9 findet eine Temperaturhomogenisierung statt.
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Die modulare Bauweise lässt sich auf verschiedene Baugrößen anwenden.
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Wie anhand der verschiedenen Ausführungsformen erläutert worden ist, kann die Luft im Ringraum 27 radial oder axial umgewälzt werden. Der Kühlkörper 28 bzw. die Flügel 30 können gerade oder gekrümmt ausgebildet oder als reiner Turbulenzgenerator mit nicht aerodynamischer Geometrie ausgeführt werden.
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Durch die geometrische Gestaltung der Flügel 30 kann die Art der Luftzirkulation systematisch beeinflusst werden.
