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Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung eines fluiddurchströmbaren Kühlmantels eines elektrischen Motors oder elektrischen Generators und einen daraus hervorgehenden Kühlmantel.
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STAND DER TECHNIK
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Aus dem Stand der Technik sind Kühlvorrichtungen für elektrische Maschinen bekannt, in welche ein Kühlmittel geführt und damit hauptsächlich Wärme abgeführt werden kann, um eine elektrische Maschine, insbesondere einen Motor oder einen Generator vor Überhitzung zu schützen. Die im Betrieb der elektrischen Maschine entstehende Wärme wird durch Zirkulation des Kühlmittels an die Umgebung abgeführt und kann ggf. zur Heizung weiterer Einrichtungen eingesetzt werden.
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Eine gattungsgemäße Kühlvorrichtung für eine Elektromaschine ist beispielsweise in der
DE 10 2009 051 881 A1 beschrieben. Die Kühlvorrichtung umfasst spiralförmig, um die Elektromaschine herum verlaufende Kühlkanäle, wobei zwei Öffnungen für Eintritt und Austritt eines Kühlmediumstroms an gegenüberliegenden Enden der Kühlvorrichtung angeordnet sind.
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Die
DE 10 2011 076 140 A1 offenbart einen weiteren Kühlmantel zur Kühlung eines Elektromotors mit einem Kühlmitteleinlass, einem Kühlmittelauslass und einer wendelartigen Leitung, wobei die wendelartige Leitung einen zu kühlenden Elektromotor umfasst und ein Kühlmittel vom Kühlmitteleinlass zum Kühlmittelauslass geleitet wird. Weiterhin ist ein Durchflussquerschnitt der wendelartigen Leitung mindestens auf einem Teilstück der wendelartigen Leitung in Fließrichtung des Kühlmittels veränderlich.
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In der
DE 10 2015 101 955 A1 ist eine Vorrichtung zum Kühlen oder Erwärmen eines Körpers mit einer Einrichtung zum Umströmen des Körpers mit einem Temperiermedium dargestellt. Die Einrichtung umfasst zumindest einen aus einem metallischen Band gewickelten Wickelschlauch, wobei die Einrichtung an einer Mantelfläche des Körpers angeordnet ist und einen lichten, spiralförmigen Strömungsraum für das Temperiermedium bildet.
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Nachteilig am Stand der Technik im Bereich der Kühlvorrichtungen für die elektrischen Maschinen ist, dass die bekannten Kühlvorrichtungen relativ komplex aufgebaut und herzustellen sind, wobei entweder ein Wickelschlauch als Füllschlauch an einer Mantelfläche eines Elektromotors angeordnet ist oder ein vorgeformtes Blech die elektrische Maschine umgibt, um die elektrische Maschine bzw. den Elektromotor abzukühlen.
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Ausgehend von dem obigen Stand der Technik ist es Aufgabe der Erfindung, ein Verfahren zum Herstellen eines Kühlmantels für eine elektrische Maschine vorzuschlagen, das kostengünstig sowie einfach auszuführen ist.
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Diese Aufgabe wird durch ein Verfahren und einen Kühlmantel nach dem unabhängigen Anspruch gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche.
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OFFENBARUNG DER ERFINDUNG
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Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung eines fluiddurchströmbaren Kühlmantels eines elektrischen Motors oder elektrischen Generators.
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Erfindungsgemäß wird vorgeschlagen, dass ein Innenrohr hergestellt wird, auf das ein Band spiralförmig zur Herstellung einer Wendel aufgebracht wird, insbesondere aufgewickelt oder aufgeschoben wird, und hiernach ein Außenrohr auf einen die Wendel tragenden Mantelflächenabschnitt des Innenrohrs längsaxial aufgeschoben wird, wobei ein Innendurchmesser des Außenrohr im Wesentlichen einem Außendurchmesser der Wendel entspricht, so dass das Außenrohr im wesentlichen fluiddicht die Wendel des Innenrohrs umfasst.
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Somit wird ein Verfahren vorgeschlagen, mit dem in einem ersten Schritt ein Innenrohr beispielsweise durch Schweißen hergestellt wird. Im Innenrohr kann ein Metallblechpaket eines Stators der Elektromaschine aufgenommen werden, bzw. die Außenoberfläche des Stators kann gleichzeitig das Innenrohr ausbilden.
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Zur Verbesserung einer Wärmeabfuhr kann der Stator mit dem Innenrohr thermisch gekoppelt sein, beispielsweise ein Zwischenraum zwischen Stator und Innenrohr mit thermisch leitfähigen Materialien ausgefüllt werden, oder das Innenrohr kraftschlüssig auf den Stator aufgezogen werden. Auf das Innenrohr wird hiernach ein Band beispielsweise aus einem Metall, Gummi oder Kunststoff auf das Innenrohr spiralförmig aufgebracht, insbesondere aufgewickelt oder als vorgeformte Spirale aufgeschoben wird, so dass eine entsprechende Wendel an einer Mantelfläche eines elektrischen Motors oder elektrischen Generators gebildet und beispielsweise durch punktförmiges Verschweißen oder Verkleben angebracht werden kann. Entlang der Wendel wird ein Fluid als Kühlmittel geführt, somit kann die Wendel von dem Fluid zur Abkühlung des elektrischen Motors oder elektrischen Generators durchströmt werden. Nach dem Aufbringen des Bands auf das Innenrohr wird ein Außenrohr auf einen Mantelflächenabschnitt des Innenrohrs längsaxial aufgeschoben, auf welchem die Wendel liegt. Um das Außenrohr an die Wendel zu pressen, ist ein Innendurchmesser des Außenrohrs derart ausgebildet, dass der Innendurchmesser grundsätzlich einem Außendurchmesser der Wendel entspricht, ggf. geringfügig größer ist, um eine mechanische Belastung beim Aufschieben des Außenrohrs auf die Wendel zu minimieren, bevorzugt kraftfrei durchführen zu können.
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Das Merkmal, wonach das Außenrohr auf den die Wendel tragenden Mantelflächenabschnitt des Innenrohrs längsaxial aufgeschoben wird, wobei eine Fluiddichtung dadurch erreicht werden kann, dass der Innendurchmesser des Außenrohrs im Wesentlichen dem Außendurchmesser der Wendel entspricht, ist so zu verstehen, dass der Innendurchmesser des Außenrohrs geringfügig kleiner oder geringfügig größer als der Außendurchmesser der Wendel vorgesehen sein kann, insbesondere um maximal 1% bis 3% voneinander abweichen können. Dabei kann auch eine nicht vollständig fluiddichter Abschluss der Wendel an der Stoßstelle von Wendel zum Innenrohr oder von Wendel zum Außenrohr vorliegen, denn zum Erreichen einer ausreichenden Kühlleistung ist lediglich die Führung des größten Teil des Kühlfluids entlang des Wendelgangs ausreichend.
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Im Vergleich zu herkömmlichen Herstellungsverfahren ist es vorteilhaft, dass mit dem erfindungsgemäßen Verfahren der Kühlmantel ein geringeres Gewicht aufweist und in einfacher Weise, insbesondere kraftfrei auf den zu abkühlenden elektrischen Motor oder elektrischen Generator, insbesondere auf ein wicklungstragende Statorblechpaket aufgeschoben werden kann.
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Das Innenrohr kann durch einen Wendelträger gebildet sein, der in der vom Band gebildeten Wendel verbleibt und insbesondere an seinen Stirnseiten Flansche zur Begrenzung und Fixierung des Kühlmantels in axialer Richtung aufweisen kann.
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Weiterhin kann die Wendel durch ein verbindendes oder ein fügendes Verfahren wie Kleben oder Schweißen, bevorzugt Laserschweißen, insbesondere Laserpunktschweißen auf das Innenrohr aufgebracht werden. Je nach Art des Schweißens variiert die Anzahl von Schweißpunkten, wobei umso weniger Schweißpunkte für das Befestigen der Wendel an dem Mantelflächenabschnitt des Innenrohrs gesetzt werden, desto mehr Energie kann zum Herstellen des Kühlmantels eingespart werden.
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In einer vorteilhaften Weiterbildung des Verfahrens kann der Innendurchmesser des Außenrohrs kleiner als der Außendurchmesser der Wendel ausgebildet sein. Das Innenrohr kann durch Schweißen gefertigt werden. Anschließend kann die Wendel über Punktschweißen auf das Innenrohr aufgebracht werden. In dieser Weiterbildung wird vorgeschlagen, dass eine Fixierung des Außenrohrs an dem Innenrohr dadurch erreicht werden kann, dass das Außenrohr einen kleineren Innendurchmesser im Vergleich zum Außendurchmesser der Wendel aufweisen kann. Beim Aufschieben des Außenrohrs über das Innenrohr werden erhöhte mechanische Kräfte zwischen einer Innenfläche des Außenrohrs und einem damit kontaktierenden Oberflächenabschnitt der Wendel generiert, somit kann das Außenrohr gedehnt bzw. das wendeltragende Innenrohr gepresst werden. Dabei kann die Wendel in ihre Lage gedrückt werden und an der Innenfläche des Außenrohrs anliegen. Schließlich wird zum Fluiddichten des Kühlmantels das Außenrohr mit dem Innenrohr an den beiden axialen Endseiten verschweißt. Hierdurch kann insbesondere eine hohe Dichtheit des Wendelgangs erreicht werden, allerdings besteht die Gefahr, dass durch hohe auftretende Schubkräfte beim Aufschieben des Außenrohrs auf die Wendel Befestigungspunkte der Wendel auf dem Innenrohr abreißen und sich die Lage der Wendel auf dem Innenrohr ungünstig verändert.
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Ausgehend von der vorigen Ausführungsform kann in einer weiteren vorteilhaften Weiterbildung das Band ein abgewinkeltes, L-förmiges Profil mit einem Spitzwinkel aufweisen. Das heißt, dass der Innendurchmesser des Außenrohrs kleiner als der Außendurchmesser des von der Wendel umfassten abgewinkelten, L-förmigen Profil ausgebildet ist, wobei der Wendel derart hergestellt ist, dass das Band spiralförmig auf das Innenrohr aufgebracht wird. Dadurch kann das Außenrohr auf das in axialer Richtung bedingt durch seine L-Form elastische Profil aufgeschoben und somit vom Profil gepresst werden. Dabei kann das L-Profil an seiner radial abstehenden Flanke gedrückt werden und somit an dem Innenflächenabschnitt des Außenrohrs anliegen. Bevorzugt bewirkt ein Spitzwinkel des L-Profils kleiner 90° eine Federungseigenschaft des als Wendelwand fungierenden Profilabschnitts, wobei das Außenrohr nur von einer Seite aus auf das die Wendel tragende Innenrohr aufgeschoben werden kann, und aufgrund der Rückstellkräfte des L-Profils kraftschlüssig auf der Wendel fixiert bleibt. Aufgrund der erhöht auftretenden mechanischen Kräfte kann es ggf. zu einem Abreißen von Befestigungspunkten, insbesondere Schweißpunkten zwischen Wendel und Innenrohr kommen.
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In einer, alternativ zur vorgenannten Ausführungsform, vorteilhaften Weiterbildung des Verfahrens kann der Innendurchmesser des Außenrohrs geringfügig größer als der Außendurchmesser der Wendel ausgebildet sein. Die Wendel kann wie eine Spiralfeder vorgefertigt und an dem Innenrohr aufgeschoben und befestigt werden, wobei sich die anfügende Feder an das Innenrohr drücken kann. Hierzu bietet es sich an, die Spiralfeder längenverkürzt zusammenzudrücken, wobei sich eine radiale Vergrößerung der Spiralfeder ergibt, und sie somit auf das Innenrohr aufzuziehen und hiernach axial auseinanderzuziehen, bis sie ihre endgültige Längenausdehnung auf dem Innenrohr einnimmt. In dieser Ausführungsform kann die Wendel lediglich an zwei oder geringfügig mehr Punkten durch ein Laserpunktschweißen zur Punktbefestigung an dem Innenrohr befestigt werden. Dadurch werden wenig Schweißpunkte benötigt und somit kann die Energie zur Herstellung des Kühlmantels minimiert werden, zudem kann das Außenrohr kraftfrei auf die Wendel von beiden Seiten ausgeschoben werden, so dass es zu keinen unerwünschten Verformungen oder Brüchen von Befestigungspunkten kommen kann.
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Vorteilhafterweise kann das Außenrohr vorgefertigt und auf einen gewünschten Innendurchmesser kalibriert werden. Aufgrund des größeren Durchmessers des Außenrohrs kann das vorgefertigte Außenrohr einfach und im Wesentlichen kraftfrei auf das Innenrohr aufgeschoben werden.
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Alternativ kann das Außenrohr vor dem Aufschieben über das Innenrohr zunächst aufgeschnitten und anschließend wieder verschweißt werden, somit kann das Außenrohr auf das Innenrohr aufgerollt und hiernach Längsverschweißt werden, so dass ebenso ein grundsätzlich kraftfreies Aufschieben erreicht werden kann. Sofern auf das Außenrohr beim Längsverschweißen eine umfangsmäßige Kraft wirkt, kann auch eine Verpressung der Wendel zwischen Außen- und Innenrohr erreicht werden.
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Es ist weiterhin vorteilhaft, dass mit dem Laserschweißen die Wendel auf das Innenrohr aufgebracht werden kann. Damit kann ein exaktes Arbeiten mit punktgenauem und präzisem Energieeintrag ermöglicht werden. Weiterhin können durch das Verschweißen erzeugte Verzüge und mechanische Spannungen minimiert werden, so dass eine hohe Formstabilität des Innenrohrs erreicht werden kann.
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Im Vergleich zur vorstehenden Ausführungsform ergibt sich das Problem bei der zuvor dargestellten Ausführungsform, in der der Innendurchmesser des Außenrohrs kleiner als der Außendurchmesser der Wendel ausgebildet ist, dass sehr hohe mechanische Kräfte beim elastischen Aufschieben des Außenrohrs auf die Wendel mit den Spitzen der abgewinkelten, L-förmigen Profile entstehen können, so dass Schweißpunkte der Wendel durch Aufpressen des Außenrohrs abgerissen werden können. Hierdurch können unerwünschte Verschiebungen und Verzerrungen der Wendel auftreten, die einen gewünschten Fluiddurchlauf nicht mehr sicherstellen, und eine Gefahr einer Stauung eines Kühlmittels, einer ungenügenden Kühlleistung oder auftretender Leckage entstehen. Des Weiteren kann durch einen hohen Wärmeeintrag des Schweißens der Außendurchmesser des Innenrohrs nicht formstabil gehalten werden, und es ergeben sich aufgrund der intensiven Schweißbearbeitung optisch unschöne Oberflächenverfärbungen.
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Ausgehend von der vorigen Ausführungsform kann in einer weiteren vorteilhaften Weiterbildung das Band als ein Vierkantrohr und / oder zumindest ein Rundrohr ausgebildet sein. In dieser Weiterbildung wird vorgeschlagen, dass das Band selbst als Kühlrohr ausgebildet sein kann, dass als Vierkantrohr oder als Rundrohr vorgesehen sein kann, oder dass ein ebensolches Querschnittsprofil ein Wendelgang definiert. Sind Kühlrohre am Innenrohr zur Abkühlung der elektrischen Maschine bereitgestellt, kann ein besserer Kühleffekt erreicht werden, so dass die elektrische Maschine innerhalb einer kurzen Zeitdauer auf eine niedrige Temperatur abgekühlt werden kann.
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In einer weiteren vorteilhaften Weiterbildung kann nach dem Aufschieben des Außenrohrs über das Innenrohr der Innendurchmesser des Außenrohrs verkleinert oder der Außendurchmesser der Wendel vergrößert werden, und insbesondere ein mechanisches oder thermisches Presspassen durchgeführt werden, so dass das Außenrohr an der Wendel anliegt. Vorteilhafterweise kann die Wendel durch ein thermisches Verfahren vor dem Aufschieben zunächst radial verkleinert (z.B. gekühlt) und nach dem Aufschieben ausgedehnt werden, so dass der Außendurchmesser der Wendel vergrößert werden kann, umgekehrtes gilt für das Außenrohr. Somit kann das Außenrohr an die Wendel angepasst werden und an der Wendel anliegen. Weiterhin kann der Innendurchmesser des Außenrohrs beispielsweise durch mechanisches Pressen mit einem Werkzeug verkleinert werden, um das Außenrohr an die Wendel anzulegen.
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In einer weiteren vorteilhaften Weiterbildung des Verfahrens kann das Band als Wendel vorgefertigt werden, die bevorzugt nach einer Längenkontraktion auf das Innenrohr aufgezogen und hiernach längenextrahiert wird. Bei einer solchen Ausformungsgeometrie hat sich das erfindungsgemäße Verfahren als besonders vorteilhaft erwiesen, da beim Band eine Ausformung der Wendel ein Schweißverfahren optimiert. Mit dieser vorgefertigten Ausformung braucht das Band nicht durch viele Schweißpunkten auf das Innenrohr befestigt werden, sondern kann nur über zwei oder wenig mehr Punkte, z.B. mit ihren Anfangspunkt und Endpunkt, auf dem Innenrohr fixiert werden, so dass die Wendel vollständig an dem Mantelflächenabschnitt befestigt werden kann. Weiterhin ist es vorteilhaft, dass durch die Längenkontraktion und Längenextrahieren die Wendel einfach und flexibel auf das Innenrohr aufziehbar ist.
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In einer weiteren vorteilhaften Weiterbildung des Verfahrens kann das Band auf das Innenrohr, wie ein Draht auf einen Trägerkörper einer Spule, aufgewickelt werden. Das heißt, dass für unterschiedliche Durchflussraten eines durchströmenden Kühlmittels unterschiedliche Banddimensionen verwendet werden können. Bei einer Änderung der Banddimension muss folglich kein neues Innenrohr hergestellt werden.
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In einer weiteren vorteilhaften Weiterbildung kann das Band an dem Innenrohr zumindest punktweise befestigt, bevorzugt verschweißt oder vernietet werden. Es ist zwecks der besseren Formstabilisierung des Kühlmantels bzw. des Innenrohrs vorteilhaft, dass mit einem punktweise Fügeverfahren Verzüge minimiert werden können, die bei einem flächigen Fügeverfahren, vorzugsweise beim Schweißen oder Nieten, auftreten könnten.
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In einer weiteren vorteilhaften Weiterbildung kann zum fluiddichten Anbringen des Außenrohrs auf einen, die Wendel tragenden Mantelflächenabschnitt des Innenrohrs, zumindest ein Ende des Außenrohrs radial verkleinert zum Innenrohr konisch ausgeformt werden, so dass durch ein feinnahtiges Verschweißen des konusförmigen Endbereichs des Außenrohrs auf dem Mantelflächenabschnitt des Innenrohrs eine spiralartig fluiddurchströmbare Kammer ausgebildet wird. Die konische Ausformung kann durch Umbiegen des Endes des Außenrohrs einstückig mit dem Außenrohr hergestellt werden, wobei der verkleinerte Radius einer Stirnseite des Außenrohrendes einem Außenradius des Innenrohrs entspricht. Durch Verschweißen des Endbereichs des Außenrohrs kann das Außenrohr an das Innenrohr angeschlossen werden, so dass eine Fluiddichtung des Kühlmantels in einer geschlossenen Fluidkammer erfolgen kann.
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In einer alternativ zur vorgenannten Ausführungsform vorteilhaften Weiterbildung des Verfahrens kann zum Verbinden des Außenrohrs mit dem Innenrohr zumindest ein konusförmiger Ring auf das Innenrohr an ein Ende des Außenrohrs aufgeschoben werden, wobei eine radiusgrößere Stirnseite des konusförmigen Rings an dem axialen Ende des Außenrohrs und eine radiuskleinere Stirnseite des konusförmigen Rings mit dem äußeren Mantelflächenabschnitt des Innenrohrs fluiddicht verbunden, insbesondere verschweißt wird. Mit anderen Worten, wird die, einen größeren Radius aufweisende, Stirnseite, des konusförmigen Rings mit dem Ende des Außenrohrs und die andere Stirnseite des konusförmigen Rings, die einen kleineren Radius aufweist, durch Verschweißen mit dem Mantelflächenabschnitt des Innenrohrs verbunden, so dass eine spiralartig fluiddurchströmbare Kammer ebenso wie die obig dargestellte Kammer gebildet werden kann.
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Bezüglich der obigen beiden Ausführungsformen kann in einer weiteren vorteilhaften Weiterbildung zumindest ein Ausrichtungsring auf das Innenrohr mit einem, dem Außendurchmesser des Innenrohrs entsprechenden Innenradius, aufgeschoben werden, wobei der konusförmige Ring mit dem Ausrichtungsring auf dem Mantelflächenabschnitt des Innenrohrs durch Verschweißen in fluiddichter Verbindung angebracht wird. Einseitig kann eine Stirnseite des Ausrichtungsrings mit der radiuskleineren Stirnseite des Endes des Außenrohrs oder des konusförmigen Rings und vorzugsweise auf der anderen Stirnseite des Ausrichtungsrings mit dem Mantelflächenabschnitt des Innenrohrs durch Verschweißen verbunden sein, wobei der Ausrichtungsring parallel und in Richtung der Längsachse des Innenrohrs verläuft. Der Ausrichtungsring stabilisiert den konusförmigen Ring und unterstützt ein fluiddichtes Abschließen der fluiddurchströmbaren Kammer und kann vor dem Aufschieben auf das Innenrohr mit dem konusförmigen Ring verbunden sein, weiterhin ist die Verwendung eines Ausrichtungsrings besonders vorteilhaft, um eine breite und energieintensive Schweißnaht, welche durch ein großflächiges Verschweißen entsteht, zu vermeiden oder zu minimieren. Dadurch kann ein Herstellungsverfahren des Kühlmantels vereinfacht, der Sitz des konusförmigen Abschlussrings verbessert und eine Abdichtung erhöht werden. Des Weiteren kann ein Wärmeeintrag durch Verschweißen reduziert werden, so dass Verzüge des Innenrohrs minimiert werden können und man eine größere Formstabilität des Innenrohrs erlangen kann.
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In einer weiteren vorteilhaften Weiterbildung kann vor dem Aufschieben des Außenrohrs auf das Innenrohr Ausnehmungen für Fluidanschlussadapter für einen Anschluss von Fluidleitungen an gegenüberliegenden Enden des Außenrohrs vorgesehen werden. Die Ausnehmung kann für die Fluidanschlussadapter auf einem Mantelflächenabschnitt des Außenrohrs oder im Bereich des konusförmigen Abschluss der fluiddurchströmbaren Kammer, beispielsweise in einem konusförmigen Ring ausgebildet sein, wobei über die Fluidanschlussadapter die Fluidleitungen mit der fluiddurchströmbaren Kammer verbunden sein können. Durch die Fluidanschlussadapter kann ein Kühlmittel beispielsweise Luft, Öl oder Wasser zwischen dem Außenrohr und Innenrohr zum Abführen der von der elektrischen Maschine erzeugten Wärme eingespeist werden.
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Daneben wird in einem weiteren Nebenaspekt der Erfindung ein fluiddurchströmbarer Kühlmantel eines elektrischen Motors oder elektrischen Generators vorgeschlagen. Der fluiddurchströmbare Kühlmantel ist nach einem vorgenannten möglichen Ausführungsformen des Herstellungsverfahrens hergestellt.
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Es ist grundsätzlich denkbar, den Kühlmantel für andere Zwecke als zur Kühlung elektrischer Maschinen einzusetzen. So kann der fluiddurchströmbare Kühlmantel als Wärmetauscher für einen Austausch von Wärmeenergie zwischen einem Fluid, dass um das Innenrohr herum und einem Fluid, dass durch das Innenrohr fließt, genutzt werden, um z.B. in Heizanlagen, in medizinischen Anwendungsgebieten, bei Kühlung oder Heizung von Energieerzeugungsanlagen etc. genutzt werden. Dabei kann insbesondere Wärme zwischen einem durch das Innenrohr fließenden Fluidkreislauf mit größerem Fließquerschnitt und einem entlang der Wendel fließenden zweiten Fluidkreislauf mit kleinerem Fließquerschnitt getauscht werden. Auch kann im Innenrohr statt einem Fluid eine zu kühlende oder zu heizende Vorrichtung wie ein Aktor, ein Sensor oder andere Arten von zu temperierenden Vorrichtungen angeordnet sein.
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Vorteilhaft können auch zwei oder mehrere Lagen von Kühlmäntel konzentrisch vorgesehen sein, um als Wärmetauscher zwischen 3 oder mehreren Fluidkreisläufen zu dienen. Dabei kann auf das Außenrohr wiederum spiralförmig eine Wendel aufgebracht und ein zweites Außenrohr, ggf. kaskadisch weitere Wendel und Außenrohre jeweils mit vergrößerten Durchmessern vorgesehen werden.
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Figurenliste
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Weitere Vorteile ergeben sich aus den Figuren und der zugehörigen Zeichnungsbeschreibung. In den Figuren sind Ausführungsbeispiele der Erfindung dargestellt. Die Figuren, die Beschreibung und die Ansprüche enthalten zahlreiche Merkmale in Kombinationen. Der Fachmann wird diese Merkmale zweckmäßigerweise auch einzeln betrachten und zu sinnvollen weiteren Kombinationen zusammenfassen. Es zeigen:
- 1a in einer perspektivischen Darstellung ein fluiddurchströmbarer Kühlmantel eines Herstellschrittes gemäß des erfindungsgemäßen Herstellverfahrens;
- 1b in einer perspektivischen Darstellung ein Außenrohr mit konusförmigen Ringen zur Verwendung in einer Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens;
- 1c in einer perspektivischen Darstellung ein Außenrohr mit Fluidanschlussadaptern zur Verwendung in einer Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens;
- 1d in einer perspektivischen Darstellung ein Innenrohr zur Verwendung in einer Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens;
- 1e in einer perspektivischen Darstellung eine auf einem Mantelflächenabschnitt des Innenrohrs aufgebrachte Wendel zur Verwendung in einer Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens;
- 1f eine Explosionsdarstellung des in 1a dargestellten fluiddurchströmbaren Kühlmantels;
- 1g in einer perspektivischen Darstellung eine Einzelheit des in 1a dargestellten fluiddurchströmbaren Kühlmantels;
- 1h einen Längsschnitt durch eine Einzelheit des in 1a dargestellten fluiddurchströmbaren Kühlmantels;
- 1 i einen Längsschnitt durch eine Einzelheit des in 1a dargestellten fluiddurchströmbaren Kühlmantels;
- 1j einen Längsschnitt durch den in der 1a dargestellten fluiddurchströmten Kühlmantels;
- 2a einen Längsschnitt durch eine Ausführungsform in einem Herstellschritt gemäß des erfindungsgemäßen Herstellverfahrens;
- 2b einen Längsschnitt durch eine Einzelheit der in 2a dargestellten Ausführungsform;
- 2c einen Längsschnitt durch eine Einzelheit der in 2a dargestellten Ausführungsform;
- 2d einen Längsschnitt durch eine Einzelheit der in 2a dargestellten Ausführungsform;
- 3a einen Längsschnitt durch eine Ausführungsform in einem Herstellschritt gemäß des erfindungsgemäßen Herstellverfahrens;
- 3b einen Längsschnitt durch eine Einzelheit der in 3a dargestellten Ausführungsform.
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In den Figuren sind gleiche oder gleichartige Komponenten mit gleichen Bezugszeichen beziffert.
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Die 1a zeigt einen fluiddurchströmbaren Kühlmantel 10, der ein Außenrohr 16 und ein Innenrohr 12 umfasst. Auf einem Mantelflächenabschnitt des Außenrohrs 16 sind zwei Fluidanschlussadapter 50 angeordnet, über die ein gasförmiges oder flüssiges Kühlmittel wie Luft, Helium, Öl oder Wasser in den Kühlmantel 10 eingeführt werden kann, wobei ein Fluidanschlussadapter 50 als Kühlmitteleinlass 30 und der andere als Kühlmittelauslass 32 vorgesehen ist.
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Zwei konusförmige Ringe 42 können als Verbindungen zwischen dem Außenrohr 16 und Innenrohr 12 eingesetzt werden, wobei durch Verschweißen eine radiusgrößere Stirnseite des konusförmigen Rings 42 an einem Ende des Außenrohrs 16 und die andere radiuskleinere Stirnseite des konusförmigen Rings 42 auf einem Mantelflächenabschnitt des Innenrohrs 12 fluiddicht befestigt werden kann, somit kann eine Fluiddichtung des Kühlmantels erreicht werden. Weiterhin ist an jedem Ende des Innenrohrs 12 je ein Endstück 34a, 34b angeordnet.
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In der 1b ist das Außenrohr 16 mit den konusförmigen Ringen 42 dargestellt, wobei zwei Ausnehmungen 38 für die Fluidanschlussadapter 50 an axial gegenüberliegenden Enden 48 des Außenrohrs 16 ausgebildet sind.
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In der 1c ist das Außenrohr 16 mit den Fluidanschlussadaptern 50 gezeigt, die an axial gegenüberliegenden Enden 48 des Außenrohrs 16 für einen Anschluss von Fluidleitungen angeordnet sind. Über die Kühlmitteleinlass 30 kann das Kühlmittel in den Kühlmantel 10 eingespeist und über die Kühlmittelauslass 32 kann das Kühlmittel aus dem Kühlmittel 10 ausgeführt werden. Weiterhin ist in der 1d das Innenrohr 12 dargestellt, das durch Verschweißen hergestellt werden kann.
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In der 1e kann ein Band 14 als spiralförmige Wendel 18 vorgeformt werden, die auf das Innenrohr 12 aufgezogen werden kann, wobei das Band 14 als Vierkantrohr oder ein Rundrohr ausgebildet sein kann.
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In der 1f sind ein Innenrohr 12 und ein Außenrohr 16 dargestellt, wobei auf das Innenrohr 12 ein Band 14 als Wendel 18 aufgebracht, insbesondere aufgewickelt oder bereits vorgeformt aufgeschoben werden kann. Ein Innendurchmesser des Außenrohrs 16 kann geringfügig größer als ein Außendurchmesser der Wendel 18 ausgebildet sein, somit kann das Außenrohr 16 auf den die Wendel 18 tragenden Mantelflächenabschnitt des Innenrohrs 12 längsaxial kraftfrei aufgeschoben werden. Auf dem Außenrohr 16 sind zwei Fluidanschlussadapter 50 vorgesehen, die jeweils als Kühlmitteleinlass 30 und Kühlmittelauslass 32 angeordnet sind. An den gegenüberliegenden Enden 48 des Außenrohrs 16 können konusförmigen Ringe 42 durch Verschweißen mit dem Außenrohr 16 und Innenrohr 12 aufgeschoben und fluiddicht verbunden, beispielsweise verschweißt oder verklebt sein, so dass eine fluiddichtete Kammer zwischen dem Außenrohr 16 und Innenrohr 12 gebildet werden kann, wobei das Kühlmittel die Kammer spiralartig durchströmen kann.
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In der 1g sind das Außenrohr 16 und das Innenrohr 12 über die konusförmigen Ringe 42 miteinander verbunden, wobei an jedem Ende 48 des Außenrohrs 16 je ein konusförmiger Ring 42 ausgestattet ist. Weiterhin sind zwei Ausrichtungsringe 44 vorgesehen, die einen dem Außendurchmesser des Innenrohrs 12 entsprechenden Innendurchmesser aufweist. Der konusförmige Ring 42 wird mit dem Ausrichtungsring 44 auf dem Mantelflächenabschnitt des Innenrohrs 12 durch Verschweißen in fluiddichter Verbindung gebracht. Des Weiteren sind wie in der 1f dargestellt zwei Fluidanschlussadapter 50 jeweils als Kühlmitteleinlass 30 und Kühlmittelauslass 32 vorgesehen, damit kann die Fluidleitungen an das Außenrohr 16 angeschlossen sein.
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In den 1h bis 1j sind das Außenrohr 16 und Innenrohr 12 gezeigt, wobei das Außenrohr 16 einen Innendurchmesser aufweist, der geringfügig größer als der Außendurchmesser der vom Band 14 spiralförmig hergestellten Wendel 18 ausgebildet ist. Um das Außenrohr 16 über das Innenrohr 12 schieben zu können, kann das Außenrohr 16 erst aufgeschnitten und anschließend geschweißt werden, somit kann ein grundsätzlich kraftfreies Aufschieben realisiert werden. Weiterhin sind zum Erreichen der Fluiddichtung des Kühlmantels 10 der konusförmige Ring 42 an jedem axialen Ende 48 des Außenrohrs 16 aufgeschoben und verschweißt, wobei die radiusgrößere Stirnseite des konusförmigen Rings 42 an dem Ende des Außenrohrs 16 angebracht werden und die radiuskleinere Stirnseite des konusförmigen Rings 42 mit dem Mantelflächenabschnitt 46 des Innenrohrs 12 fluiddicht verbunden sein kann. Weiterhin weist das Außenrohr 16 zwei Fluidanschlussadapter 50 auf, wobei ein Fluidanschlussadapter 50 als Kühlmitteleinlass 30 und der andere Fluidanschlussadapter 50 als Kühlmittelauslass 32 ausgebildet ist. Weiterhin kann an jedem Ende des Innenrohrs 12 das Endstück 34a, 34b angeordnet sein.
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In der 2a bis 2c sind ein fluiddurchströmbarer Kühlmantel 10 gezeigt, wobei ein Innendurchmesser eines Außenrohrs 16 kleiner als ein Außendurchmesser einer Wendel 18 ausgebildet ist, die durch Aufbringen eines Bands 14 auf ein Innenrohr 12 spiralförmig hergestellt werden kann. Das Band 14 kann an dem Innenrohr 12 punktweise durch Verschweißen befestigt werden und abgewinkelte, L-förmige Profile mit einem Spitzwinkel 26 aufweisen. Nach dem kraftbehafteten Aufschieben des Außenrohrs 16 über das Innenrohr 12 wird das Außenrohr 16 über die abgewinkelten, L-förmigen Profile gepresst. Dabei werden die Profile gedrückt und somit kann das Außenrohr 16 eng an den Profilen anliegen. An den gegenüberliegenden Enden 48 des Außenrohrs 16 sind zwei konusförmige Ringe 42 angeordnet, wobei eine radiusgrößere Stirnseite des konusförmigen Rings 42 am dem Ende des Außenrohrs 16 und eine radiuskleinere Stirnseite des konusförmigen Rings 42 mit einem Mantelflächenabschnitt 46 des Innenrohrs 12 fluiddicht verschweißt werden kann. Durch Verschweißen des konusförmigen Rings 42 kann eine Schweißnaht 40 erzeugt werden, die nachzubearbeiten ist.
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In der 2d ist ein Band 14 ohne abgewinkeltes, L-förmiges Profil dargestellt. Das Band wird auf das Innenrohr 12 spiralförmig aufgebracht und somit kann die Wendel 18 hergestellt werden. Nach einem Aufschieben des Außenrohrs 16 über das Innenrohr 12 kann durch mechanisches oder thermisches Verfahren der Innendurchmesser des Außenrohrs 16 verkleinert oder der Außendurchmesser der Wendel 18 vergrößert werden, so dass das Außenrohr 16 an der Wendel 18 eng anliegen kann.
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In der 3a und 3b ist ein fluiddurchströmbarer Kühlmantel 10 dargestellt, wobei ein Band 14 ohne abgewinkeltes, L-förmiges Profil auf ein Innenrohr 12 aufgebracht wird, so dass eine Wendel 18 gebildet werden kann. Ein Außenrohr 16 kann einen Innendurchmesser aufweisen, der geringfügig größer als ein Außendurchmesser der Wendel 18 ausgebildet ist. Nach dem Aufschieben des Außenrohrs 16 auf die Wendel 18 kann durch mechanisches oder thermisches Verfahren der Innendurchmesser des Außenrohrs 16 verkleinert oder der Außendurchmesser der Wendel 18 vergrößert werden, um das Außenrohr 16 an der Wendel 18 anzuliegen. Weiterhin ist an jedem Ende 48 des Außenrohrs ein konusförmiger Ring 42 vorgesehen, wobei eine radiusgrößere Stirnseite des konusförmigen Rings 42 am Ende 48 und eine radiuskleinere Stirnseite des konusförmigen Rings 42 an einer Stirnseite eines Ausrichtungsrings 44 angebracht wird. Über den Ausrichtungsring 44 kann der konusförmige Ring 42 mit dem Mantelflächenabschnitt 46 verbunden sein, wobei der Ausrichtungsring 44 parallel zum Innenrohr 12 verläuft. Durch Einsatz des Ausrichtungsrings 42 kann im Vergleich zu der in der 2c gezeigten Verbindungsmöglichkeit zwischen dem konusförmigen Ring 42 und dem Mantelflächenabschnitt 46 eine bessere Schweißbarkeit bereitgestellt sein, wodurch keine große Schweißnaht 40 erzeugt werden kann. Weiterhin kann an jedem Ende des Innenrohrs 12 ein Endstück 34a, 34b durch Verschweißen an dem Innenrohr 12 angebracht werden.
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Bezugszeichenliste
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- 10
- Kühlmantel
- 12
- Innenrohr
- 14
- Band
- 16
- Außenrohr
- 18
- Wendel
- 20
- Vierkantrohr
- 24
- Rundrohr
- 26
- Spitzwinkel
- 28
- Spirale
- 30
- Kühlmitteleinlass
- 32
- Kühlmittelauslass
- 34a
- Endstück
- 34b
- Endstück
- 38
- Ausnehmung
- 40
- Schweißnaht
- 42
- konusförmiger Ring
- 44
- Ausrichtungsring
- 46
- Mantelflächenabschnitt
- 48
- Ende
- 50
- Fluidanschlussadapter
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 102009051881 A1 [0003]
- DE 102011076140 A1 [0004]
- DE 102015101955 A1 [0005]
