DE102020117819A1

DE102020117819A1 - Process for creating a channel in a cast machine component

Info

Publication number: DE102020117819A1
Application number: DE102020117819.0A
Authority: DE
Inventors: Ralph Kolling; Michael Oliver Kobes
Original assignee: Schaeffler Technologies AG and Co KG
Current assignee: Schaeffler Technologies AG and Co KG
Priority date: 2020-07-07
Filing date: 2020-07-07
Publication date: 2022-01-13

Abstract

Verfahren zur Erzeugung eines Kanals (11) in einer vergossenen Maschinenkomponente, insbesondere einer Maschinenkomponente einer elektrischen Maschine, gekennzeichnet durch die folgenden Schritte:- Bereitstellen einer zu vergießenden Struktur (8) der Maschinenkomponente,- Anordnen wenigstens eines Kanalbildungselements (1, 1a, 1b, 1c), das zumindest teilweise aus einem mittels eines Lösungsmittels auflösbaren Material (6) besteht, an der Struktur (8),- Vergießen der Struktur (8) mit einer Vergussmasse (10) unter Einbettung des Kanalbildungselements (1, 1a, 1b, 1c) in der Vergussmasse (10),- Auflösen des auflösbaren Materials (6) mittels eines Lösungsmittels.Method for producing a channel (11) in a cast machine component, in particular a machine component of an electrical machine, characterized by the following steps: - providing a structure (8) of the machine component to be cast, - arranging at least one channel-forming element (1, 1a, 1b, 1c), which consists at least partially of a material (6) that can be dissolved by means of a solvent, on the structure (8), - encapsulating the structure (8) with an encapsulating compound (10), embedding the channel-forming element (1, 1a, 1b, 1c ) in the potting compound (10), - dissolving the dissolvable material (6) by means of a solvent.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Erzeugung eines Kanals in einer vergossenen Maschinenkomponente, insbesondere einer Maschinenkomponente einer elektrischen Maschine.The invention relates to a method for producing a channel in a cast machine component, in particular a machine component of an electrical machine.

Vergossene Maschinenkomponenten, die eine ausgehärtete Vergussmasse, in der ein oder mehrere Bauteile oder Betriebselemente oder sonstiges eingebettet sind, umfassen, kommen in unterschiedlichen Anwendungsfällen zum Einsatz. Ein Beispiel ist eine elektrische Maschine, also ein Elektromotor oder ein Generator, wo beispielsweise stromführende Wicklungen in einer entsprechenden Vergussmasse, zumeist ein Harz, vergossen sind. Im Betrieb kommt es bei solchen elektrischen Maschinen häufig zu einer relativ starken Wärmeentwicklung. Dieser wird dadurch entgegengewirkt, dass maschinenseitig eine Kühleinrichtung vorgesehen ist, die es ermöglicht, ein Kühlmittel durch die Maschine zu führen und Wärme aufzunehmen und abzuführen. Diese Kühlkanäle sind üblicherweise an entsprechenden Metallbauteilen der Maschine ausgebildet, was entweder durch Fräsen oder Bohren erfolgt, oder indem zwei Teile abgedichtet miteinander verbunden werden oder Ähnliches. Ein Beispiel ist der Stator einer solchen elektrischen Maschine, umfassend mehrere Statorwicklungen, die um die Statorzähne geführt sind, wobei der Stator respektive die Statorzähne mit entsprechenden Kühlmittelkanälen versehen sind. Die Ausbildung dieser Kühlmittelkanäle ist sehr aufwendig, darüber hinaus sind filigranere Kanalstrukturen nicht herstellbar, wie auch die Kanäle nur mit einem gewissen Abstand zum Ort der Wärmeentwicklung ausgebildet werden können.Cast machine components, which comprise a hardened casting compound in which one or more components or operating elements or other things are embedded, are used in different applications. An example is an electrical machine, ie an electric motor or a generator, where, for example, current-carrying windings are cast in a corresponding casting compound, usually a resin. During operation, such electrical machines often generate a relatively large amount of heat. This is counteracted in that a cooling device is provided on the machine side, which makes it possible to conduct a coolant through the machine and absorb and dissipate heat. These cooling channels are usually formed on appropriate metal components of the machine, either by milling or drilling, or by sealing two parts together, or the like. An example is the stator of such an electrical machine, comprising a plurality of stator windings which are routed around the stator teeth, with the stator or the stator teeth being provided with corresponding coolant channels. The formation of these coolant channels is very complex, moreover, more filigree channel structures cannot be produced, and the channels can only be formed at a certain distance from the location where heat is generated.

Der Erfindung liegt damit das Problem zugrunde, ein demgegenüber verbessertes Verfahren anzugeben.The invention is therefore based on the problem of specifying a method that is improved in comparison.

Zur Lösung dieses Problems ist erfindungsgemäß ein Verfahren zur Erzeugung eines Kanals in einer vergossenen Maschinenkomponente, insbesondere einer Maschinenkomponente einer elektrischen Maschine vorgesehen, das durch folgende Schritte gekennzeichnet ist:

- Bereitstellen einer zu vergießenden Struktur der Maschinenkomponente,
- Anordnen wenigstens eines Kanalbildungselements, das zumindest teilweise aus einem mittels eines Lösungsmittels auflösbaren Material besteht, an der Struktur,
- Vergießen der Struktur mit einer Vergussmasse unter Einbettung des Kanalbildungselements in der Vergussmasse,
- Auflösen des auflösbaren Materials mittels eines Lösungsmittels.

To solve this problem, the invention provides a method for producing a channel in a cast machine component, in particular a machine component of an electrical machine, which is characterized by the following steps:

- Providing a structure of the machine component to be cast,
- arranging at least one channel-forming element, which consists at least partially of a material that can be dissolved by means of a solvent, on the structure,
- potting the structure with a potting compound with embedding of the channel-forming element in the potting compound,
- dissolving the dissolvable material by means of a solvent.

Das erfindungsgemäße Verfahren sieht vor, zur Ausbildung eines Kühlmittelkanals zunächst in eine zu vergießende Struktur oder an einer zu vergießenden Struktur wenigstens ein Kanalbildungselement anzuordnen, das zumindest abschnittsweise aus einem mittels eines Lösungsmittels auflösbaren Material besteht. Dieses Kanalbildungselement ist zweckmäßigerweise länglicher Natur, so dass ein entsprechend langer Kanal gebildet werden kann. Die Struktur samt dem wenigstens einen Kanalbildungselement wird sodann mit der Vergussmasse vergossen, so dass sich das eigentliche Vergussbauteil bildet, das nach dem Verguss aushärtet, wobei das Kanalbildungselement in der Vergussmasse eingebettet ist.In order to form a coolant channel, the method according to the invention provides for arranging at least one channel-forming element first in a structure to be cast or on a structure to be cast, which element consists at least in sections of a material that can be dissolved by means of a solvent. This channel-forming element is expediently of an elongate nature, so that a correspondingly long channel can be formed. The structure together with the at least one channel-forming element is then cast with the casting compound, so that the actual cast component is formed, which hardens after the casting, with the channel-forming element being embedded in the casting compound.

Nach dem Aushärten wird sodann das auflösbare Material des Kanalbildungselements mit dem Lösungsmittel aufgelöst. Da das Kanalbildungselement in die Vergussmasse eingebettet ist, das Material des Kanalbildungselements aber, soweit es auflösbar ist, entfernt wird, verbleibt daher zwangsläufig ein Hohlraum respektive ein Kanal in der Vergussmasse.After curing, the dissolvable material of the channel-forming member is then dissolved with the solvent. Since the channel-forming element is embedded in the casting compound, but the material of the channel-forming element is removed to the extent that it can be dissolved, a cavity or channel inevitably remains in the casting compound.

Damit kann auf einfache Weise ein Kühlmittelkanal direkt an oder in der vergossenen Struktur respektive der Vergussmasse ausgebildet werden, wobei hierdurch auch komplexere Kanalgeometrien ausgebildet werden können, da die Kanalgeometrie letztlich von der Form und Geometrie des Kanalbildungselements, das vergossen wird, bestimmt wird.A coolant channel can thus be formed directly on or in the cast structure or the casting compound in a simple manner, with more complex channel geometries also being able to be formed as a result, since the channel geometry is ultimately determined by the shape and geometry of the channel-forming element that is cast.

Zentrales Element ist das Kanalbildungselement, das zumindest teilweise, gegebenenfalls auch vollständig aus einem mittels eines Lösungsmittels auflösbaren Material besteht.The central element is the channel-forming element, which consists at least partially, if necessary also completely, of a material that can be dissolved by means of a solvent.

Bevorzugt wird ein Kanalbildungselement aus einem oder mit einem wasserlöslichen Material, insbesondere einem wasserlöslichen organischen Material verwendet. Als ein solches Material bietet sich beispielsweise Polyvinylalkohol an, bei dem es sich um einen thermoplastischen Kunststoff handelt.A channel-forming element made of or with a water-soluble material, in particular a water-soluble organic material, is preferably used. Polyvinyl alcohol, for example, which is a thermoplastic material, is a suitable material of this type.

Zum Auflösen wird die vergossene Struktur, also die vergossene Maschinenkomponente entweder in dem fluiden Lösungsmittel, also beispielsweise Wasser, gelagert, oder sie wird mit dem Lösungsmittel bedampft oder besprüht. Alle Varianten ermöglichen es, das auflösbare Material mit der Zeit aufzulösen und den Kanal auszubilden, wobei das Besprühen oder Bedampfen den Vorteil hat, dass das sich auflösende Material auch sogleich abtransportiert werden kann.For dissolving, the cast structure, ie the cast machine component, is either stored in the fluid solvent, ie for example water, or it is steamed or sprayed with the solvent. All variants make it possible to dissolve the dissolvable material over time and form the channel, with spraying or steaming having the advantage that the dissolving material can also be transported away immediately.

Als Kanalbildungselement kann ein Element unterschiedlichster Art, Form und Geometrie verwendet werden. Denkbar ist die Verwendung eines Garns, also beispielsweise eines Polyvinylalkoholfadens oder einer Polyvinylalkoholfaser oder entsprechender Faden- oder Faserbündel. Dieses Garn, das eine entsprechende Dicke aufweist, kann, da flexibel, problemlos in auch komplexer Form verlegt werden, wobei natürlich auch mehrere solcher Garne gebündelt verlegt werden können.An element of the most varied type, shape and geometry can be used as the channel-forming element. The use of a yarn is conceivable, ie for example a polyvinyl alcohol thread or a polyvinyl alcohol fiber or corresponding thread or fiber bundles. Because it is flexible, this yarn, which has a corresponding thickness, can also be laid in a complex form without any problems, it also being possible, of course, for several such yarns to be laid in bundles.

Alternativ zu einem solchen Garn ist es auch denkbar, ein strang- oder stabförmiges Halbzeug zu verwenden. Dieses Halbzeug kann entweder vorgeformt sein, also eine relativ steife Form aufweisen, alternativ dazu kann das Halbzeug auch flexibel sein, so dass es ebenfalls entsprechend gebogen und damit komplexer verlegt werden kann. Ein Strang kann beispielsweise einen quadratischen oder rechteckigen Querschnitt aufweisen, während ein Stab einen im Wesentlichen runden Querschnitt aufweist.As an alternative to such a yarn, it is also conceivable to use a strand or rod-shaped semi-finished product. This semi-finished product can either be preformed, i.e. have a relatively rigid shape, or alternatively the semi-finished product can also be flexible, so that it can also be bent accordingly and thus be laid in a more complex manner. For example, a strand may have a square or rectangular cross-section, while a rod has a substantially round cross-section.

Alternativ ist es auch denkbar, ein platten- oder folienförmiges Halbzeug zu verwenden. Diese Halbzeugarten ermöglichen es, breitere und vom Querschnitt her größere Kanäle auszubilden.Alternatively, it is also conceivable to use a semi-finished product in the form of a plate or film. These types of semi-finished products make it possible to form channels that are wider and larger in cross-section.

Das Kanalbildungselement weist über seine Länge bevorzugt einen homogenen Querschnitt auf, das heißt, dass sich die Querschnittsform über seine Länge nicht ändert. Der ausgebildete Kanal ändert damit seine Querschnittsform über seine Länge ebenfalls nicht, so dass sich über die Kanallänge innerhalb des vergossenen Bauteils nahezu konstante Strömungsverhältnisse und ein geringer Druckverlust über die Kanallänge einstellen. Dabei kann das Kanalbildungselement eine glatte Oberfläche aufweisen, das heißt, dass sich eine nahezu glatte Kanalwand ergibt. Alternativ dazu kann das Kanalbildungselement auch eine Oberflächenstrukturierung, insbesondere in Form von schraubenförmig umlaufenden Zügen, aufweisen. Über diese Strukturierung kann die sich ausbildende Kanalwand ebenfalls strukturiert werden, so dass sich turbulente Strömungsverhältnisse an der Kanalwand einstellen statt einer laminaren Strömung bei glatter Kanalwand. Eine solche Strukturierung kann beispielsweise dadurch erzeugt werden, dass mehrere Garne verwendet werden, die um ihre Längsachse verdrillt werden, so dass sich schraubenförmig umlaufende Züge ergeben.The channel-forming element preferably has a homogeneous cross section over its length, which means that the cross-sectional shape does not change over its length. The channel formed thus also does not change its cross-sectional shape over its length, so that almost constant flow conditions and a low pressure loss over the channel length are set within the cast component. The channel-forming element can have a smooth surface, which means that the channel wall is almost smooth. As an alternative to this, the channel-forming element can also have a surface structure, in particular in the form of helically circumferential features. This structuring can also be used to structure the duct wall that is being formed, so that turbulent flow conditions occur on the duct wall instead of a laminar flow with a smooth duct wall. Such a structuring can be produced, for example, by using a plurality of yarns which are twisted around their longitudinal axis, resulting in helical, encircling strands.

Wie beschrieben wird der Kanal durch Auflösen des das Kanalbildungselement zumindest teilweise bildenden auflösbaren Materials ausgebildet. Dabei sind unterschiedliche Ausgestaltungen des Kanalbildungselements im Hinblick auf den Anteil des auflösenden Materials denkbar. Gemäß einer ersten Erfindungsalternative kann das Kanalbildungselement insgesamt aus dem auflösbaren Material bestehen. Das heißt, dass z. B. das Garn oder der Stab beispielsweise nur aus Polyvinylalkohol besteht und demzufolge das Kanalbildungselement beziehungsweise das Garn oder der Stab komplett herausgelöst wird, so dass vom eigentlichen Kanalbildungselement nach dem Auflösen des Materials nichts mehr übrigbleibt. Dabei ist es denbkar, insbesondere wenn ein im Querschnitt größerer Kanal ausgebildet werden soll, der beispielsweise unter Verwendung eines stab- oder Stangenförmigen Kanalbildungselements ausgebildet wird, ein hohles Kanalbildungselement zu verwenden, also ein hohles Röhrchen oder Ähnliches. Dadurch, dass über den Elementquerschnitt aufgrund seiner hohlen Ausführung nur relativ wenig auflösbares Material vorhanden ist, geht der Auflösungsvorgang schneller von statten. Denn in diesem Fall ist es möglich, zum Auflösen bereits durch das hohle Kanalbildungselement das Lösungsmittel zu führen, so dass dieses das Material quasi von innen her auflöst und nicht, wie bei einer Vollmaterialvariante, von einer oder beiden Seiten her.As described, the channel is formed by dissolving the dissolvable material at least partially forming the channel-forming element. Different configurations of the channel-forming element are conceivable with regard to the proportion of the dissolving material. According to a first alternative of the invention, the channel-forming element can consist entirely of the dissolvable material. That means that e.g. B. the yarn or the rod consists, for example, only of polyvinyl alcohol and consequently the channel-forming element or the yarn or the rod is completely dissolved, so that nothing remains of the actual channel-forming element after dissolving the material. In this case, it is not possible, particularly if a channel with a larger cross section is to be formed, which is formed for example using a rod-shaped channel-forming element, to use a hollow channel-forming element, ie a hollow tube or the like. Due to the fact that there is only relatively little dissolvable material across the cross-section of the element due to its hollow design, the dissolving process proceeds more quickly. Because in this case it is possible to lead the solvent already through the hollow channel-forming element so that it dissolves the material quasi from the inside and not, as in a solid material variant, from one or both sides.

Alternativ dazu besteht die Möglichkeit, dass ein Kanalbildungselement verwendet wird, das ein oder mehrere Stützelemente in Form eines Drahts oder einer Faser aufweist. Hier besteht also das Kanalbildungselement aus dem oder den Stützelementen, die in das auflösbare Material integriert sind, und beispielsweise damit beschichtet oder umwunden sind. Denkbar ist es, dass ein Kanalbildungselement verwendet wird, das eine Seele aus einem, vorzugsweise kunststoffisolierten, Draht aus Metall oder einer sich nicht auflösenden Faser aufweist, der oder die mit dem auflösbaren Material beschichtet ist. Das Kanalbildungselement hat also beispielsweise eine metallene Drahtseele, wobei dieser Draht gleichzeitig auch ein stromführender Draht beispielsweise einer Statorwicklung oder Ähnliches sein kann. Dieser Draht ist nun mit dem auflösbaren Material beschichtet oder damit umwunden. Beim Auflösen verbleibt somit der Draht an Ort und Stelle, während um ihn herum ein gegebenenfalls auch relativ schmaler Kanal ausgebildet wird, durch den das Kühlmittel zirkulieren kann. Da der Draht in diesem Fall bevorzugt kunststoffbeschichtet ist, ist er gleichzeitig entsprechend isoliert. Unter dem Begriff „Draht“ werden vorliegend auch stabilere metallene Elemente wie z. B. Stäbe oder Stromschienen verstanden. Alternativ zur Verwendung eines Drahts als innere Seele kann auch eine entsprechende Faser verwendet werden, also eine Kunststoff- oder Glasfaser oder Ähnliches, die mit dem auflösbaren Material beschichtet oder umwunden ist.As an alternative to this, there is the possibility that a channel-forming element is used which has one or more supporting elements in the form of a wire or a fiber. In this case, the channel-forming element consists of the support element or elements that are integrated into the dissolvable material and are coated or wound around it, for example. It is conceivable that a channel-forming element is used that has a core made of a preferably plastic-insulated metal wire or a non-dissolving fiber that is coated with the dissolvable material. The channel-forming element thus has, for example, a metal wire core, and this wire can also be a current-carrying wire, for example a stator winding or the like, at the same time. This wire is now coated or wrapped with the dissolvable material. When dissolved, the wire thus remains in place, while a possibly also relatively narrow channel is formed around it, through which the coolant can circulate. Since the wire is preferably plastic-coated in this case, it is also appropriately insulated. The term "wire" also includes more stable metallic elements such as e.g. B. understood rods or busbars. As an alternative to using a wire as the inner core, a corresponding fiber can also be used, ie a plastic or glass fiber or the like, which is coated or wrapped with the dissolvable material.

Bei der vorstehend beschriebenen Ausführungsform bildet das Stützelement, also der Draht oder die Faser, die innenliegende Seele, das auflösbare Material ist außenherum angeordnet. Alternativ ist es auch denkbar, dass das Stützelement selbst hohl ist, wobei das Innere mit dem auflösbaren Material gebildet ist. Es wird demzufolge ein hohler Draht oder eine hohle Faser verwendet, die innen mit dem auflösbaren Material gefüllt sind. Nach Auflösen des Materials liegt demzufolge der Kanal im Inneren des Drahts oder der Faser vor, das heißt, dass in diesem Fall das Kühlen beispielsweise eines sich im Betrieb erwärmenden Drahts von innen her möglich ist und Ähnliches. Kommt eine Faser zum Einsatz, so umgibt diese quasi den Kanal und separiert das Kühlmittel vom Verguss, schirmt den Verguss also gegen das Kühlmittel ab. Um zu vermeiden, dass das Kühlmittel bei Verwendung einer Faser oder mehrerer paralleler Fasern insbesondere aus Kunststoff zum Verguss gelangt, wäre es denkbar, eine Faser aus einem hydrophoben Material zu verwenden, also einem wasserabstoßenden Material bei Verwendung von Kühlwasser, oder aus einem lipophoben Material, also einem ölabstoßenden Material bei Verwendung eines Kühlöls, so dass ein entsprechendes Kühlöl, das durch den Kanal fließt, ebenfalls entsprechend vom Verguss abgeschirmt werden kann.In the embodiment described above, the support element, ie the wire or the fiber, forms the inner core, the dissolvable material is arranged on the outside. Alternatively it is also conceivable that the support element itself is hollow, the interior being formed with the dissolvable material. Accordingly, a hollow wire or fiber is used which is internally filled with the dissolvable material. After dissolution of the material, the channel is therefore present inside the wire or the fiber, which means that in this case, for example, a wire that heats up during operation can be cooled from the inside and the like. If a fiber is used, it virtually surrounds the channel and separates the coolant from the encapsulation, i.e. shields the encapsulation from the coolant. In order to prevent the coolant from encapsulating when using a fiber or several parallel fibers, in particular made of plastic, it would be conceivable to use a fiber made of a hydrophobic material, i.e. a water-repellent material when using cooling water, or of a lipophobic material, ie an oil-repellent material when using a cooling oil, so that a corresponding cooling oil that flows through the channel can also be correspondingly shielded from the encapsulation.

Neben dem Verfahren selbst betrifft die Erfindung ferner eine Maschinenkomponente, insbesondere eine Komponente einer elektrischen Maschine, die gemäß dem erfindungsgemäßen Verfahren hergestellt ist.In addition to the method itself, the invention also relates to a machine component, in particular a component of an electrical machine, which is produced using the method according to the invention.

Die Erfindung wird nachfolgend anhand von Ausführungsbeispielen unter Bezugnahme auf die Zeichnungen erläutert. Die Zeichnungen sind schematische Darstellungen und zeigen:

1 eine Prinzipdarstellung eines Kanalbildungselements in Form eines kunststoffisolierten Drahts mit mehreren Abschnitten aus einem wasserlöslichen Material,
2 ein Maschinenelement einer elektrischen Maschine umfassend mehrere vergossene Maschinenkomponenten in Form der Drähte aus 1,
3 die Anordnung aus 2 nach dem Entfernen des auflösbaren Materials,
4 eine Prinzipdarstellung eines in einen Vergusskörper integrierten Verteilsystems aus mehreren Kanalbildungselementen in einer Perspektivansicht, und
5 die Anordnung aus 5 in einer Seitenansicht.

The invention is explained below using exemplary embodiments with reference to the drawings. The drawings are schematic representations and show:

1 a schematic representation of a channel-forming element in the form of a plastic-insulated wire with several sections made of a water-soluble material,
2 a machine element of an electrical machine comprising a plurality of cast machine components in the form of wires 1 ,
3 the arrangement 2 after removing the dissolvable material,
4 a schematic representation of a distribution system integrated into a casting body and consisting of several channel-forming elements in a perspective view, and
5 the arrangement 5 in a side view.

1 zeigt ein Kanalbildungselement 1, das zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens verwendet werden kann. Das Kanalbildungselement 1 umfasst einen eine Seele 2 bildenden Leiter 3 aus Kupfer, der im gezeigten Beispiel einen quasi rechteckigen Querschnitt aufweist. Der Leiter 3 ist in einem Kunststoff 4 eingebettet, der ihn vollständig außenseitig umgibt, so dass er über den Kunststoff 4 isoliert ist. In diesem Kunststoff 4 wiederum sind im gezeigten Beispiel vier Abschnitte 5 jeweils aus einem in einem Lösungsmittel, insbesondere Wasser löslichen Material 6 vorzugsweise in Form eines Polyvinylalkohols eingesetzt oder eingebettet. Es handelt sich bei den Abschnitten 5 um strangförmige Halbzeuge mit im Wesentlichen rechteckigen Querschnitt. 1 shows a channel-forming element 1 that can be used to carry out the method according to the invention. The channel-forming element 1 comprises a core 2 forming conductor 3 made of copper, which has a quasi-rectangular cross-section in the example shown. The conductor 3 is embedded in a plastic 4 that completely surrounds it on the outside so that it is insulated by the plastic 4 . In the example shown, four sections 5 made of a material 6 soluble in a solvent, in particular water, preferably in the form of a polyvinyl alcohol, are in turn embedded or embedded in this plastic 4 . Sections 5 are strand-shaped semi-finished products with an essentially rectangular cross section.

2 zeigt in einer Prinzipdarstellung ein Maschinenelement 7 beispielsweise einer elektrischen Maschine. Exemplarisch handelt es sich um ein Bauteil eines Stators. Das Maschinenelement 7 weist eine Struktur 8 in Form eines Metallkörpers auf, der zwei Nuten 9 aufweist, in denen mehrere Kanalbildungselemente 1 angeordnet sind, wie sie in 1 gezeigt sind. Der Stapel aus jeweils vier solcher Kanalbildungselemente 1 mit den Drähten 3, die entsprechende Wicklungen bilden, ist in jeweils einer Vergussmasse 10 vergossen, die in die Nut 9 eingebracht ist und diese vollständig ausfüllt. 2 shows a schematic diagram of a machine element 7, for example of an electrical machine. For example, it is a component of a stator. The machine element 7 has a structure 8 in the form of a metal body which has two grooves 9 in which a plurality of channel-forming elements 1 are arranged, as shown in FIG 1 are shown. The stack of four such channel-forming elements 1 with the wires 3, which form corresponding windings, is cast in a casting compound 10, which is introduced into the groove 9 and completely fills it.

Nach Aushärten der Vergussmasse 10 wird sodann das jeweilige auflösbare Material 6, wie es an den vier Seiten eines jeden Kanalbildungselements 1 vorgesehen ist, mittels eines Lösungsmittels, vornehmlich Wasser, herausgelöst, also aufgelöst, wozu das Maschinenelement 7 beispielsweise in ein, bevorzugt erwärmtes Wasserbad gelegt wird oder mit Wasserdampf oder warmen Wasser besprüht wird etc. In jedem Fall bilden sich infolge des Herauslösens des jeweiligen Materials 6, wie in 3 gezeigt, entsprechende Kanäle 11 in den Bereichen aus, wo zuvor das Material 6 war. Das heißt, dass sich demzufolge um jeden Draht 3 verteilt vier Kanäle 11 ausbilden, durch die ein Kühlmittel, z. B. Wasser, strömen kann.After the casting compound 10 has hardened, the respective dissolvable material 6, as provided on the four sides of each channel-forming element 1, is then extracted, i.e. dissolved, by means of a solvent, primarily water, for which purpose the machine element 7 is placed, for example, in a preferably heated water bath is sprayed with steam or warm water, etc. In any case, as a result of the dissolution of the respective material 6, as shown in 3 shown, corresponding channels 11 in the areas where the material 6 was before. This means that four channels 11 are distributed around each wire 3, through which a coolant, e.g. As water can flow.

Das strangförmige auflösbare Material 6 selbst kann, wie in 1 gezeigt, quasi randseitig freiliegen, also nur teilweise in den Kunststoff 4 eingebettet sein. In diesem Fall würde der sich beim Herauslösen bildende Kanal 11 einerseits vom Kunststoff 4, andererseits von der Vergussmasse 3 begrenzt. Denkbar ist es aber auch, die jeweiligen Abschnitte 5 aus dem Material 6 in den Kunststoff 4 vollständig einzubetten, so dass demzufolge der Kanal 11 in den Kunststoff 4 ausgebildet wäre. Auf jeden Fall ist er aber in unmittelbarer Nähe zum Ort der Wärmeerzeugung, nämlich dem im Betrieb stromdurchflossenen Leiter 3, so dass eine fast unmittelbare Leiterkühlung möglich ist.The strand-like dissolvable material 6 itself can, as in 1 shown, quasi exposed at the edge, ie only partially embedded in the plastic 4. In this case, the channel 11 that forms when it is detached would be delimited on the one hand by the plastic 4 and on the other hand by the casting compound 3 . However, it is also conceivable for the respective sections 5 made of the material 6 to be completely embedded in the plastic 4 , with the result that the channel 11 would be formed in the plastic 4 . In any case, however, it is in the immediate vicinity of the place where the heat is generated, namely the conductor 3 through which current flows during operation, so that the conductor can be cooled almost immediately.

Die 2 und 3 zeigen den Vorrang des erfindungsgemäßen Verfahrens zur Herstellung eines Kanals in einer vergossenen Maschinenkomponente. Zunächst wird eine zu vergießende Struktur bereitgestellt, nämlich die Struktur 8 mit den Nuten 9. Anschließend werden die Kanalbildungselemente 1 in der Struktur 8, also den Nuten 9, angeordnet. Diesem Schritt folgt das Einbringen der Vergussmasse 10 in die Nuten 9, wodurch die Kanalbildungselemente 1 in der Vergussmasse 10 eingebettet sind. Nach Aushärten der Vergussmasse 10 wird sodann das Material 6 herausgelöst, so dass sich die entsprechenden Kanäle 11 bilden.the 2 and 3 show the priority of the method according to the invention for producing a channel in a cast machine component. First, a structure to be cast is provided, namely the structure 8 with the grooves 9. The channel-forming elements 1 are then arranged in the structure 8, ie the grooves 9. This step is followed by the introduction of the casting compound 10 into the grooves 9, as a result of which the channel-forming elements 1 are embedded in the casting compound 10. After the casting compound 10 has hardened, the material 6 is then dissolved out so that the corresponding channels 11 are formed.

Wenngleich 1 quasi rechteckige, strangförmige Abschnitte 5 zeigt, kann als ein solcher Abschnitt aber auch ein Garn oder ein anders wie geformtes Halbzeug aus einem entsprechenden Material verwendet werden. Auch ist es nicht unbedingt erforderlich, den Abschnitt 5 nur als Teil eines solchen Kanalbildungselements 1 bestehend aus zusätzlichen Elementteilen wie dem Draht 3 und dem isolierenden Kunststoff 4 zu verwenden. Vielmehr kann ein Kanalbildungselement 1 auch vollständig aus dem auflösbaren Material bestehen. So wäre es beispielsweise denkbar, ausgehend von der Prinzipdarstellung gemäß 2, zwischen zwei nur mit dem isolierenden Kunststoff 4 umhüllte Drähte 3 jeweils einen Abschnitt 5 aus dem auflösbaren Material 6 zu setzen, so dass sich jeweils zwischen zwei kunststoff isolierter Drähte 3 ein längslaufender Kanal nach Auflösen des Materials 6 und damit des gesamten Kanalbildungselements 1 ergeben würde.Although 1 shows quasi-rectangular, strand-like sections 5, but a yarn or a differently shaped semi-finished product made of a corresponding material can also be used as such a section. Also, it is not absolutely necessary to use the section 5 only as a part of such a channel-forming element 1 consisting of additional element parts such as the wire 3 and the insulating plastic 4. Rather, a channel-forming element 1 can also consist entirely of the dissolvable material. For example, it would be conceivable, starting from the schematic diagram according to 2 to place a section 5 of the dissolvable material 6 between two wires 3 that are only sheathed with the insulating plastic 4, so that a longitudinal channel would result between two plastic-insulated wires 3 after the material 6 and thus the entire channel-forming element 1 had dissolved .

Die 4 und 5 zeigen eine Prinzipdarstellung eines vollständigen Kühlmittelverteilsystems 12, das mittels mehrerer Kanalbildungselemente, die vorliegend vollständig jeweils aus einem auflösbaren, vorzugsweise wasserlöslichen Material bestehen, gebildet wird. Vorgesehen sind eine Reihe von stabförmigen Kanalbildungselementen 1a, die quasi in ringförmiger Konfiguration angeordnet sind. An beiden Enden der stabförmigen Kanalbildungselemente 1a ist jeweils ein ringförmiges Kanalbildungselement 1b angeordnet, das unmittelbar an die Enden der Kanalbildungselemente 1a anschließt, und das zusätzlich jeweils einen Abschnitt 1c aufweist, der entweder integraler Bestandteil sein kann oder zusätzlich angesetzt werden kann. Das gesamte Kühlmittelverteilsystem 12 ist, wie gestrichelt gezeigt, in eine Vergussmasse 10 eingegossen, in der noch zusätzliche weitere Elemente wie beispielsweise Leiter oder andere sich im Betrieb erwärmende elektrische Komponenten oder Bauteile eingebettet sein können, die hier jedoch aus Übersichtlichkeitsgründen nicht näher gezeigt sind.the 4 and 5 12 show a schematic representation of a complete coolant distribution system 12, which is formed by means of a plurality of channel-forming elements, which in the present case each consist entirely of a dissolvable, preferably water-soluble, material. A series of rod-shaped channel-forming elements 1a are provided, which are arranged in a quasi-annular configuration. An annular channel-forming element 1b is arranged at both ends of the rod-shaped channel-forming elements 1a. As shown in dashed lines, the entire coolant distribution system 12 is cast in a casting compound 10 in which additional elements such as conductors or other electrical components or components that heat up during operation can be embedded, but these are not shown here for reasons of clarity.

5 zeigt eine Seitenansicht des Kühlmittelverteilsystems 12 sowie dessen Einbettung in die Vergussmasse 10. Wird nun dieses Kühlmittelverteilsystem 12, das wie beschrieben vollständig aus dem wasserlöslichen Material besteht, aufgelöst, so bleibt in der Vergussmasse 10 eine Hohlraumstruktur übrig, die exakt der Form des Kühlmittelverteilsystems 12 entspricht. Dabei bildet sich nach Auflösen ein Einlass aus, wie durch den Pfeil P1 dargestellt ist, der über den Abschnitt 1c definiert wird. Ebenso bildet sich ein Auslass aus, dargestellt durch den Pfeil P2, der ebenfalls durch einen Abschnitt 1c gebildet wird. Die Abschnitte 1b bilden umlaufende Ringkanäle aus, die über die längslaufenden, von den Kanalbildungselementen 1a definierten Kanäle miteinander verbunden sind. Das Kühlmittel strömt also über den Einlass gemäß P1 ein und verteilt sich im anschließenden Ringraum und strömt von diesem über die entsprechenden längslaufenden Kanäle in den gegenüberliegenden Ringraum und aus dem Auslass gemäß Pfeil P2 wieder aus. 5 shows a side view of the coolant distribution system 12 and its embedding in the casting compound 10. If this coolant distribution system 12, which as described consists entirely of the water-soluble material, is dissolved, a cavity structure remains in the casting compound 10 that corresponds exactly to the shape of the coolant distribution system 12 . Thereby an inlet is formed after dissolving, as shown by the arrow P1, which is defined over the section 1c. An outlet is also formed, represented by the arrow P2, which is also formed by a section 1c. The sections 1b form peripheral annular channels which are connected to one another via the longitudinal channels defined by the channel-forming elements 1a. The coolant thus flows in via the inlet according to P1 and is distributed in the adjoining annular space and flows from this via the corresponding longitudinal channels into the opposite annular space and out of the outlet according to arrow P2.

Ersichtlich ist es unter Verwendung dieser wasserlöslichen Formteile respektive Kanalbildungselemente 1, 1a, 1b, 1c ohne weiteres möglich, innerhalb der Vergussmasse eine auch komplexere Kühlmittelleit- oder -verteilstruktur auszubilden. Dabei kann die entsprechende Struktur aus den Kanalbildungselementen problemlos vorab hergestellt werden, entweder aus Einzelteilen, oder als Gesamtbauteil, das dann in die entsprechende Gussform für den Verguss mit der Masse 10 eingesetzt wird.It can be seen that using these water-soluble molded parts or channel-forming elements 1, 1a, 1b, 1c is easily possible to form a more complex coolant conducting or distribution structure within the casting compound. In this case, the corresponding structure from the channel-forming elements can be produced in advance without any problems, either from individual parts or as an overall component, which is then inserted into the corresponding mold for casting with the mass 10 .

Dabei ist es auch denkbar, beispielsweise als Kanalbildungselemente 1a hohle Stäbe aus dem wasserlöslichen Material 6 zu verwenden, so dass das Auflösen des Materials schneller von statten geht, da über den Materialquerschnitt gesehen weniger Material gegeben ist, das aufzulösen wäre.It is also conceivable, for example, to use hollow rods made of the water-soluble material 6 as the channel-forming elements 1a, so that the material dissolves more quickly because there is less material to dissolve over the cross-section of the material.

Die Kanalbildungselemente 1, 1a, 1b, 1c, wenn vollständig aus dem entsprechenden wasserlöslichen Material, oder die entsprechenden Abschnitte 5 aus dem wasserlöslichen Material 6 sind bevorzugt über die Länge gesehen mit einem homogenen Querschnitt ausgeführt, so dass sich über ihre entsprechende Länge ein vernachlässigbarer Druckabfall ergibt. Auch ist es denkbar, sie mit einer äußeren Struktur zu versehen, beispielsweise längslaufenden, sich um die Längsachse windenden Zügen, die sich entsprechend in der Vergussmasse abbilden und zur Erzeugung einer turbulenten Strömung im jeweiligen Kanal 11 respektive dem Kanalabschnitt dienen.The channel-forming elements 1, 1a, 1b, 1c, if made entirely of the corresponding water-soluble material, or the corresponding sections 5 made of the water-soluble material 6 are preferably designed with a homogeneous cross-section viewed over their length, so that there is a negligible pressure drop over their respective length results. It is also conceivable to provide them with an external structure, for example longitudinal lines winding around the longitudinal axis, which are reflected accordingly in the casting compound and are used to generate a turbulent flow in the respective channel 11 or the channel section.

BezugszeichenlisteReference List

11: Kanalbildungselementchanneling element
1a1a: Kanalbildungselementchanneling element
1b1b: Kanalbildungselementchanneling element
1c1c: Abschnittsection
22: Seelesoul
33: Leiterladder
44: Kunststoffplastic
55: Abschnittsection
66: Materialmaterial
77: Maschinenelementmachine element
88th: Strukturstructure
99: Nutgroove
1010: Vergussmassepotting compound
1111: Kanalchannel
1212: Kühlmittelverteilsystem coolant distribution system
P1P1: Pfeilarrow
P2p2: Pfeil1Arrow1

Claims

Method for producing a channel (11) in a cast machine component, in particular a machine component of an electrical machine, characterized by the following steps: - providing a structure (8) of the machine component to be cast, - arranging at least one channel-forming element (1, 1a, 1b, 1c), which consists at least partially of a material (6) that can be dissolved by means of a solvent, on the structure (8), - potting of the structure (8) with a potting compound (10) with embedding of the channel-forming element (1, 1a, 1b, 1c ) in the casting compound (10), - dissolving the dissolvable material (6) by means of a solvent.

procedure after claim 1 , characterized in that a channel-forming element (1, 1a, 1b, 1c) with a water-soluble material (6), in particular a water-soluble organic material is used.

procedure after claim 1 or 2 , characterized in that the cast structure (8) is stored in, or steamed or sprayed with, the fluid solvent to dissolve the material.

Method according to one of the preceding claims, characterized in that the channel-forming element (1, 1a, 1b, 1c) is or comprises a yarn, a rope or rod-shaped semi-finished product or a plate or foil-shaped semi-finished product.

Method according to one of the preceding claims, characterized in that the channel-forming element (1, 1a, 1b, 1c) in the region of the dissolvable material (6) over its length has a homogeneous cross-section with a smooth or a structuring, in particular in the form of helical circumferential features having.

Method according to one of the preceding claims, characterized in that a channel-forming element (1, 1a, 1b, 1c) is used which consists only of the dissolvable material (6).

procedure after claim 6 , characterized in that a hollow channel forming element (1, 1a, 1b, 1c) is used.

Procedure according to one of Claims 1 until 5 , characterized in that a channel-forming element is used, which uses one or more supporting elements in the form of a wire or a fibre.

procedure after claim 8 , characterized in that a channel-forming element (1, 1a, 1b, 1c) is used which has a core (2) made of a preferably plastic-insulated wire (3) or a fiber which is or are connected to the dissolvable material (6) is covered or coated at least in sections, or that a hollow wire (3) or a hollow fiber is used which is filled with the dissolvable material (6).

Machine component, in particular an electrical machine, produced by the method according to one of the preceding claims.