DE102021119202A1

DE102021119202A1 - Kühlkörperring, elektrischer Motor und Antriebsanordnung mit einem solchen Kühlkörperring

Info

Publication number: DE102021119202A1
Application number: DE102021119202.1A
Authority: DE
Inventors: Martin Riedel
Original assignee: KUKA Deutschland GmbH
Current assignee: KUKA Deutschland GmbH
Priority date: 2021-07-23
Filing date: 2021-07-23
Publication date: 2023-01-26
Also published as: WO2023001556A1; KR20240034844A; EP4374481A1; CN117693888A

Abstract

Die Erfindung betrifft einen Kühlkörperring (3) zur Befestigung an einer Außenmantelwand (2c) eines wärmeabgebenden elektrischen Motors (2), aufweisend wenigstens einen am Kühlkörperring (3) angeordneten Leitwandabschnitt (11), der mindestens einen von Umfangskühlrippen (9) seitlich begrenzten Strömungskanal (10) abschnittsweise von außen abdeckt, derart, dass eine in einen Strömungskanal (10) in einem ersten Bereich einer der anströmenden Luft zugewandte Seite des Kühlkörperrings (3) eingetretene Luftströmung in einen zweiten Bereich einer der anströmenden Luft abgewandten Seite des Kühlkörperrings (3) umgelenkt wird. Die Erfindung betrifft außerdem einen elektrischen Motor (2) mit einem solchen Kühlkörperring (3) und eine Antriebsanordnung (1), die einen elektrischen Motor (2) mit einem solchen Kühlkörperring (3) umfasst.

Description

Die Erfindung betrifft einen Kühlkörperring zur Befestigung an einer Außenmantelwand eines wärmeabgebenden elektrischen Motors. Die Erfindung betrifft außerdem einen elektrischen Motor mit einem solchen Kühlkörperring und eine Antriebsanordnung, die einen elektrischen Motor mit einem solchen Kühlkörperring umfasst.
Die DE 10 2004 007 395 B4 beschreibt einen Motorgenerator mit einer abdeckungsintegrierten Basisplatte, welche eine Vielzahl von Durchgangslöchern als Kühlluftdurchlässe aufweist, die parallel zur Radialrichtung angeordnet sind. Die Basisplatte ist mittels Schrauben stirnseitig an einem zweiten Gehäusebauteil des Motorgenerators angeschraubt.
Aufgabe der Erfindung ist es, einen Kühlkörperring, insbesondere einen elektrischen Motor mit einem solchen Kühlkörperring und insbesondere eine Antriebsanordnung mit einem solchen Kühlkörperring zu schaffen, durch welchen Kühlkörperring die Wärmeabführung von dem elektrischen Motor verbessert ist.
Die Aufgabe wird gelöst durch einen Kühlkörperring zur Befestigung an einer Außenmantelwand eines wärmeabgebenden elektrischen Motors, aufweisend:

- eine umlaufende Innenwand mit einer an die Gestalt der Außenmantelwand des elektrischen Motors angepassten Querschnittskontur, derart, dass der Kühlkörperring in axialer Richtung auf die Außenmantelwand des elektrischen Motors aufgeschoben werden kann,
- mehrere am Kühlkörperring über seinen Umfang umlaufend angeordnete, sich radial nach außen weg erstreckende Umfangskühlrippen, die sich parallel zueinander ausgerichtet in einem Abstand voneinander erstrecken, so dass jeweils zwei unmittelbar benachbarte Umfangskühlrippen einen Strömungskanal für radial und/oder tangential anströmende Luft begrenzen, sowie
- wenigstens einen am Kühlkörperring angeordneten Leitwandabschnitt, der mindestens einen von den Umfangskühlrippen seitlich begrenzten Strömungskanal abschnittsweise von außen abdeckt, derart, dass eine in den Strömungskanal in einem ersten Bereich einer der anströmenden Luft zugewandte Seite des Kühlkörperrings eingetretene Luftströmung in einen zweiten Bereich einer der anströmenden Luft abgewandten Seite des Kühlkörperrings umgelenkt wird.

Der Kühlkörperring kann entweder als ein geschlossener Ring oder als ein offener, d.h. geschlitzter Ring ausgebildet sein. Zumindest muss der Ring sich jedoch um mehr als 180 Grad um den Umfang der Außenmantelwand des Motors erstrecken, so dass nach einem axialen Aufstecken des Kühlkörperrings auf die Außenmantelwand des wärmeabgebenden elektrischen Motors der Kühlkörperring radial formschlüssig fixiert ist. Für eine axiale Fixierung des Kühlkörperrings auf der Außenmantelwand des wärmeabgebenden elektrischen Motors kann eine kraftschlüssige bzw. reibschlüssige Verbindung ausreichen, beispielsweise durch eine federelastische Ausbildung des Kühlkörperrings. Eine federelastische Ausbildung des Kühlkörperrings kann beispielsweise durch eine Ausführung des Kühlkörperrings als ein geschlitzter Ring erreicht werden. Durch die radial formschlüssige Fixierung und die axiale Aufsteckbarkeit kann der Kühlkörperring auf einfache Weise an einen Motor nachgerüstet werden, ohne dass der Motor als solches konstruktiv verändert werden müsste, wie beispielsweise durch eine konstruktive Umgestaltung des Motorgehäuses. Durch ein Aufstecken eines zusätzlichen Kühlkörperrings auf eine Außenmantelwand eines wärmeabgebenden elektrischen Motors kann ein solcher, bereits bestehender Motor mit einem Kühlkörperring aufgerüstet werden, um dessen Wärmeabgabefähigkeit zu erhöhen. Der Kühlkörperring ist speziell für ein Umströmen mit einer Kühlluftströmung geeignet, welche dem Motor radial zugeführt wird, so dass der Motor senkrecht zu seiner axialen Erstreckung angeströmt und insbesondere umströmt wird. Die axiale Erstreckung des Motors ergibt sich aus der axialen Ausrichtung der Motorwelle des Motors.
Die umlaufende Innenwand des Kühlkörperrings bildet eine nach innen weisende Mantelfläche des Kühlkörperrings. Mit der umlaufenden Innenwand liegt der Kühlkörperring zumindest weitgehend oder vollständig bündig an der Außenmantelwand des elektrischen Motors an, wenn der Kühlkörperring auf den Motor aufgesteckt ist. Über die Kontaktfläche der umlaufenden Innenwand des Kühlkörperrings mit der Außenmantelwand des elektrischen Motors erfolgt die Wärmeübertragung, um die in dem Motor entstehende Wärme auf den Kühlkörperring abzuführen. Zur Verbesserung der Wärmeübertragung kann zwischen dem Kühlkörperring und dem Motor, d.h. zwischen der umlaufenden Innenwand des Kühlkörperrings und der Außenmantelwand des elektrischen Motors eine Wärmeleitpaste zwischengefügt sein. Die umlaufende Innenwand des Kühlkörperrings muss nicht notwendiger Weise vollständig um 360 Grad umlaufend sein, vielmehr kann, wie bereits erwähnt, der Ring sich nur über einen Winkel zwischen 180 Grad und 360 Grad erstrecken, so dass die Innenwand des Kühlkörperrings insoweit nur über einen Teil von 360 Grad umläuft. Die umlaufende Innenwand des Kühlkörperrings kann gegebenenfalls auch unterbrochen sein, beispielsweise dann, wenn der Kühlkörperring als ein geschlitzter Ring ausgebildet ist, oder der Kühlkörperring trotz einer Ausbildung als geschlossenem Ring innenseitige Einbuchtungen, Fensterausschnitte oder Aussparungen aufweist.
Die an die Gestalt der Außenmantelwand des elektrischen Motors angepasste Querschnittskontur des Kühlkörperrings ist dahingehend zu verstehen, dass einen möglichst große Kontaktfläche zwischen dem Kühlkörperring und dem Motor, d.h. zwischen der umlaufenden Innenwand des Kühlkörperrings und der Außenmantelwand des elektrischen Motors erreicht wird. Dennoch muss die Querschnittskontur des Kühlkörperrings nicht notwendiger Weise identisch zur Querschnittskontur des Motors sein. Vielmehr kann trotz einer weitgehend angepassten, d.h. eine möglichst große Kontaktfläche zwischen dem Kühlkörperring und dem Motor bietende Querschnittskontur die Querschnittskontur des Kühlkörperrings von der Querschnittskontur des Motors entsprechend geringfügig abweichen. Andererseits kann die Querschnittskontur des Kühlkörperrings gegebenenfalls durchaus identisch zur Querschnittskontur des Motors ausgebildet sein.
Ein Aufschieben des Kühlkörperrings in axialer Richtung auf die Außenmantelwand des elektrischen Motors erfolgt insoweit in einer zur Drehachse der Motorwelle des Motors parallelen Richtung.
Die radial nach außen weg erstreckenden Umfangskühlrippen können über den gesamten Umfang des Kühlkörperrings, bzw. bei einer Ausbildung des Kühlkörperrings von weniger als 360 Grad über einen entsprechenden Teilumfang durchgehend ausgebildet sein. Alternativ können die sich radial nach außen weg erstreckenden Umfangskühlrippen über den gesamten Umfang des Kühlkörperrings, bzw. bei einer Ausbildung des Kühlkörperrings von weniger als 360 Grad über einen entsprechenden Teilumfang unterbrochen ausgebildet sein, d.h. eine in einer axialen Höhenlage angeordnete Umfangskühlrippe kann von zwei oder mehreren Teilumfangskühlrippen gebildet werden. Die am Kühlkörperring über seinen Umfang umlaufend angeordnete Umfangskühlrippen sind in diesem Rahmen der Offenbarung in diesem weiten Sinne zu verstehen.
Die Umfangskühlrippen oder die zwei bzw. mehreren Teilumfangskühlrippen erstrecken sich parallel zueinander ausgerichtet in einem Abstand voneinander, so dass jeweils zwei unmittelbar benachbarte Umfangskühlrippen oder Teilumfangskühlrippen einen Strömungskanal für radial und/oder tangential anströmende Luft begrenzen. Im Sinne von Teilumfangskühlrippen können die durch sie begrenzten Strömungskanäle auch als Strömungsteilkanäle bezeichnet werden.
Die Leitwandabschnitte decken mindestens einen von den Umfangskühlrippen seitlich begrenzten Strömungskanal abschnittsweise von außen ab. Durch geeignete Ausgestaltung und geeignete Positionierung am Kühlkörperring können die Leitwandabschnitte eine in den Strömungskanal in einem ersten Bereich einer der anströmenden Luft zugewandte Seite des Kühlkörperrings eingetretene Luftströmung in einen zweiten Bereich einer der anströmenden Luft abgewandten Seite des Kühlkörperrings umlenken.
Wie bereits erwähnt, dient der Kühlkörperring insbesondere dazu, für eine Umströmen mit einer Kühlluftströmung verwendet zu werden, welche dem Motor radial zugeführt wird, so dass der Motor senkrecht zu seiner axialen Erstreckung angeströmt und insbesondere umströmt wird.
Neben der direkten Wärmetragung vom Motor auf den Kühlkörperring durch Wärmeleitung besteht eine weitere Funktion in der Förderung bzw. Gewährleistung einer möglichst weitgehend homogenen Luftströmung um den Kühlkörperring herum und somit um den Motor herum. Dieses betrifft sowohl eine vollständige Umströmung des Motors, auch an der luftabgewandten Seite, sowie eine zumindest einigermaßen gleichförmige Durchströmung der Kühlrippenkanäle, vor allem der Strömungskanäle, die im Windschatten des Motors liegen, d.h. von der zuströmenden Kühlluft abgewandten Seite des Motors liegen. Um dies zu ermöglichen, weist der Kühlkörperring die zusätzlichen Leitwandabschnitte auf, welche die Radialrippen, d.h. die Umfangskühlrippen von außen verschließen und so geschlossene Kanäle bilden. Diese Leitwandabschnitte können in einer Ausführungsform zur Motorseite bzw. nach innen hin jedoch offen sein und die Luft direkt an der Motormantelfläche entlangführen. Ein nach innen offener Kanal - die offene Seite wird durch den Motor geschlossen - kann zudem mit einem größeren Querschnitt realisiert werden, ohne den Außendurchmesser anpassen zu müssen. Die Leitwandabschnitte können auf die umliegenden Kühlrippen geometrisch abgestimmt und so gestaltet werden, dass sie gezielt in einzelne Kühlrippenkanäle münden. Über eine Variation der Anzahl der Öffnung und deren Höhen lässt sich gezielt Einfluss auf den Luftstrom und die Luftverteilung um den Motor herum nehmen. Der Einlass der Leitwandabschnitte kann sich insbesondere beidseitig neben dem Motor im Bereich der Motormittelebene befinden. Hier kommt die Luft, beispielsweise aus vielen dem Motor vorgelagerten Kühlrippenkanälen zusammen, die auf Grund der Umfangskühlrippen des Kühlkörperringes nicht über den Motor hinweg ausweichen kann. Zusätzliche, gegebenenfalls trichterförmige Leitelemente am Eingang sind optional möglich. Neben einer tangentialen bzw. umfangsseitigen Luftführung können auch zusätzliche Stirnwandkühlrippe, d.h. Toprippen des Kühlkörperringes an der Motorrückseite, d.h. stirnseitig zur Luftführung genutzt werden. die Stirnwandkühlrippe haben insbesondere die Funktion, den Luftstrom, welcher über den Motor stirnseitig hinweg läuft, in mittlere Kühlrippenkanäle zu lenken, die ohne Stirnwandkühlrippen tendenziell eher schlechter durchströmt werden. Weitere Leitelemente können zusätzlich in abgewandelten Ausführungsformen die Luft nach dem Motor im mittleren Bereich wieder nach unten lenken.
Für eine hocheffektive Umströmung kann der Kühlkörperring zusammen mit dem Motor insbesondere in Verbindung mit einer Antriebsanordnung verwendet werden, die eine aktive Kühlvorrichtung umfasst, welche einen Kühlkörper mit einer Nische aufweist, in welcher der Kühlkörperring positioniert ist. In einer solchen Ausführungsvariante kann der Kühlkörperring insbesondere auf den Kühlkörper mit der Nische speziell abgestimmt sein, wie dies im Folgenden später noch näher beschrieben wird.
Neben einer solchen Anordnung in einer Nische eines Kühlkörpers, ist es jedoch auch möglich, den Kühlkörperring ohne zusätzlichen Kühlkörper und Nische zu betrieben, d.h. ohne eine spezielle Kühlvorrichtung zu betreiben, also lediglich mit dem Motor ohne eine Antriebsanordnung. In diesem Falle können die Leitwandabschnitte deutlich weiter um den Motor herumgezogen werden. Die Laufauslässe können beispielsweise im Bereich der luftabgewandten Motorseite die Einlässe der Leitkanäle befindet sich wieder beidseitig neben dem Motor - im Bereich der Motormittelebene liegen.
Durch eine Anordnung horizontal radial verlaufender Kühlrippen kann eine störungsfreie tangentiale Umströmung des Motorkörpers ermöglicht werden, wobei die wärmeabgebende Oberfläche im Bereich der Motorseite beispielsweise verfünffacht werden kann. Zudem wird die Oberfläche der Oberseite bzw. Rückseite des Motors ebenfalls mit Kühlrippen versehen, wodurch die wärmeabgebende Oberfläche nochmals um beispielsweise das doppelte erhöht werden kann.
Durch eine enge Verbindung vorzugsweise eine Klemmverbindung der Mantelflächen wird ein großflächiger Kontakt zwischen dem Kühlkörperring und dem Motor hergestellt. Dabei kann der Kontakt sowohl an der Seitenfläche als auch zusätzlich an der Rückseite des Motors erfolgen. Zur Montage und Verspannung kann der Ring elastische bzw. elastischere Bereiche besitzen, die eine Verformung und ein Anschmiegen ermöglichen. Der Wärmeübergang kann durch Verwendung einer Wärmeleitpaste zwischen dem Motor und dem Kühlkörperring verbessert werden.
Der Kühlkörperring kann also enganliegend um den Motor herum befestigt werden, und zwar vorzugsweise durch Klemmung. Der Kühlkörperring ist dabei stets motorspezifisch aufgebaut und an die Motorgeometrie angepasst.
Der Kühlkörperring kann aus einem gut wärmeleitenden Material, vorzugsweise einem Metall, vorzugsweise Aluminium bestehen und ist vorzugsweise einteilig als Gusskonstruktionen oder Metall-3D-Druck hergestellt. Der Kühlkörperring kann aber auch zwei- oder mehrteilig in Differentialbauweise hergestellt sein. Letzteres ermöglicht eine Art Baukastensystem mit skalierbaren Grundelementen, beispielsweise einem Haltering, mehrere radiale Kühlelemente, welche die Umfangskühlrippen aufweisen, und Luftleitelemente, welche die Leitwandabschnitte aufweisen. Dies ermöglicht eine einfache und kostengünstige Modifizierung bzw. Anpassung des Kühlkörperrings an verschiedene Geometrien des Motors.
Der erfindungsgemäße Kühlkörperring kann neben der Kühlung von Motoren auch zur Kühlung von anderen Körpern, wie beispielsweise Behältern mit heißen Fluiden, oder ähnlichem, eingesetzt werden.
Der wenigstens eine Leitwandabschnitt kann für eine Wiederbefestigung lösbar an einer Umfangskühlrippe oder an mehreren Umfangskühlrippen befestigt sein, derart, dass ein vorhandener Leitwandabschnitt von seiner momentanen Stelle an den Umfangskühlrippen entfernt und an einer anderen Stelle an den Umfangskühlrippen wieder angebracht werden kann.
Jeder Leitwandabschnitt kann dazu Klemmabschnitte aufweisen, die ausgebildet sind zum Anklemmen des jeweiligen Leitwandabschnitts an eine oder an zwei unmittelbar benachbarte Umfangskühlrippen. Ein jeweiliger Leitwandabschnitt kann auch zwischen zwei unmittelbar benachbarte Umfangskühlrippen eingeklemmt werden.
Der wenigstens eine Leitwandabschnitt kann einteilig an dem Kühlkörperring ausgebildet sein, und zwar gefertigt mittels eines verstellbaren Formwerkzeug-Einsatzes, derart, dass durch Verstellen und/oder Ummontieren des Formwerkzeug-Einsatzes Kühlkörperringe mit unterschiedlich positionierten Leitwandabschnitten gefertigt werden können.
Im Falle einer einteiligen Ausbildung des wenigstens einen Leitwandabschnitts mit einer Umfangskühlrippe oder mit zwei unmittelbar benachbarten Umfangskühlrippen kann der Kühlkörperring beispielsweise durch ein Gießverfahren hergestellt werden. Um je nach konkretem Anwendungsfall unterschiedliche Strömungspfade realisierende Kühlkörperringe herstellen zu können, kann es vorgesehen sein, dass diejenigen Formwerkzeug-Einsätze innerhalb einer Gießform zur Herstellung von gegossenen Kühlkörperringe, welche die Leitwandabschnitte ausformen, an der Gießform verstellbar oder ummontierbar angeordnet sind. So kann durch ein Verstellen oder Ummontieren der Formwerkzeug-Einsätze mit derselben Gießform Kühlkörperringe hergestellt werden, die unterschiedlich positionierte Leitwandabschnitte aufweisen oder eine unterschiedliche Anzahl von Leitwandabschnitten aufweisen oder unterschiedlich gestaltete Leitwandabschnitte aufweisen.
Die von den Umfangskühlrippen begrenzten Strömungskanäle können zumindest abschnittsweise zur Innenwand hin offen ausgebildet sein, so dass innenumfangsseitig die Strömungskanäle nicht durch die Innenwand des Kühlkörperrings begrenzt werden, sondern in einem befestigten Zustand des Kühlkörperrings an einem Motor, die Strömungskanäle zumindest abschnittsweise von der Außenmantelwand des Motors begrenzt werden.
Durch ein Weglassen von innenumfangsseitigen Begrenzungswänden der Strömungskanäle an dem Kühlkörperring kann der Kühlluftstrom unmittelbar an der Außenmantelwand des Motors entlanggeführt werden. Gleichzeitig kann bei ansonsten gleichen Dimensionen des Kühlkörperrings der Strömungsquerschnitt in den einzelnen Strömungskanälen bei weggelassenen Begrenzungswänden vergrößert werden. Darüber hinaus kann aufgrund der weggelassenen Begrenzungswände Material und folglich Gewicht am Kühlkörperring eingespart werden.
Der Kühlkörperring kann wenigstens einen Stirnwandabschnitt aufweisen, an dem mehrere Stirnwandkühlrippen angeordnet sind.
Aufgrund von Stirnwandkühlrippen kann mittels des Kühlkörperrings auch ein Kühlluftstrom entlang der rückwärtigen, d.h. von dem Antriebsstummel der Motorwelle abgewandten Stirnseite des Motors bedarfsgerecht geführt, d.h. geleitet werden.
Die Stirnwandkühlrippen können ausgebildet sein zum Leiten der in dem ersten Bereich der der anströmenden Luft zugewandten Seite des Kühlkörperrings eingetretenen Luftströmung in den zweiten Bereich der der anströmenden Luft abgewandten Seite des Kühlkörperrings, wobei die Stirnwandkühlrippen schräg oder bogenförmig verlaufend die über die Breite des ersten Bereichs eingetretene Luftströmung in einen mittleren Abschnitt des zweiten Bereiches aufkonzentrieren.
Die Stirnwandkühlrippen können insbesondere statt eines radialen Verlaufs vorzugsweise oder vollständig quer, d.h. insbesondere in einer Ausrichtung analog einer Sekante eines Kreises über die Stirnseite des Motors geführt werden. Es können sich mehrere Stirnwandkühlrippen zumindest im Wesentlichen parallel zueinander ausgerichtet über die Stirnseite hinweg erstrecken.
Die Stirnwandkühlrippen können in einer zweiten Flächenhälfte des Stirnwandabschnitts gegenüber den Verläufen von Stirnwandkühlrippen in einer ersten Flächenhälfte des Stirnwandabschnitts asymmetrische Verläufe aufweisen. Dies bedeutet, dass die Stirnwandkühlrippen in Bezug auf eine Mittellinie nicht spiegelsymmetrisch oder identisch ausgebildet sein müssen, sondern verschieden verlaufend angeordnet sein können. Bezogen auf eine vertikale Mittellinie können also die Stirnwandkühlrippen in einer linken Hälfte anders verlaufen als die Stirnwandkühlrippen in einer rechten Hälfte des Stirnwandabschnitts.
Der Stirnwandabschnitt muss nicht notwendiger Weise geschlossenflächig ausgebildet sein, sondern kann beispielsweise einen Fensterausschnitt oder sogar zwei oder mehrere Fensterausschnitte aufweisen. Ist beispielsweise in einem zentralen Bereich des Stirnwandabschnitts ein Fensterausschnitt ausgebildet, beispielsweise um Platz zu schaffen für eine rückseitige Ausbuchtung oder einen rückseitigen Vorsprung am Motor, kann diese Ausbuchtung oder der Vorsprung durch den Fensterausschnitt hindurchragen, wenn der Kühlkörperring auf den Motor aufgespannt ist. Da bei einer radialen Anströmung mit dem Kühlluftstrom die Ausbuchtung oder der Vorsprung des Motors ein Strömungshindernis für den Kühlluftstrom bilden kann, können die Stirnwandkühlrippen derart verlaufen, dass ein auf die Ausbuchtung oder den Vorsprung gerichteter Kühlluftstrom mittels der Stirnwandkühlrippen um die Ausbuchtung oder den Vorsprung herumgeleitet wird und gegebenenfalls hinter der Ausbuchtung oder dem Vorsprung zumindest teilweise oder vollständig wieder zusammengeführt wird.
Der Kühlkörperring kann federelastisch ausgebildet sein, derart, dass der Kühlkörperring mit seiner umlaufenden Innenwand an einer Außenmantelwand eines wärmeabgebenden elektrischen Motors anliegend auf den Motor aufgespannt werden kann.
Alternativ oder ergänzend kann der Kühlkörperring Schraubflanschabschnitte aufweisen, an denen Spannschrauben angebracht werden können, um einen geschlitzt ausgebildeten Kühlkörperring durch Anziehen der Spannschrauben an dem Motor festspannen zu können. Derartige Spannschrauben können zweckmäßig sein, insbesondere wenn der Kühlkörperring als solches keine ausreichend hohe Federspannkraft auf den Motor ausüben kann, oder der Kühlkörperring im Wesentlichen überhaupt nicht federelastisch ausgebildet ist.
Die Aufgabe wird auch gelöst durch einen elektrischen Motor, aufweisend einen Rotor mit einer Motorwelle, einem Stator, in dem der Rotor drehbar angeordnet ist, und ein Motorgehäuse mit einer Außenmantelwand, wobei an der Außenmantelwand des elektrischen Motors ein Kühlkörperring nach wenigstens einer der beschriebenen Ausführungen angeordnet ist. Die Außenmantelwand kann Teil des Motorgehäuses sein. In dem Motorgehäuse kann der Stator befestigt sein.
Die Aufgabe wird außerdem gelöst durch eine Antriebsanordnung, aufweisend einen wärmeabgebenden elektrischen Motor, einen am elektrischen Motor angeordneten Kühlkörperring nach wenigstens einer der beschriebenen Ausführungen, sowie eine Kühlvorrichtung, die wenigstens einen Kühlkörper und wenigstens einen den Kühlkörper mit Luft beaufschlagenden Ventilator umfasst, wobei der Kühlkörper eine Nische aufweist, in welche der Kühlkörperring, in der Einbaulage des elektrischen Motors an der Antriebsanordnung, hineinragt, so dass die vom Ventilator in Kanäle des Kühlkörpers eingeleitete Luft an einer Seite in den Kühlkörperring eintritt und an einer zumindest im Wesentlichen gegenüberliegenden Seite aus dem Kühlkörperring wieder austritt, um in den Kühlkörper erneut einzutreten.
Wie bereits erwähnt, dient der Kühlkörperring insbesondere dazu, für eine Umströmen mit einer Kühlluftströmung verwendet zu werden, welche dem Motor radial zugeführt wird, so dass der Motor senkrecht zu seiner axialen Erstreckung angeströmt und insbesondere umströmt wird. Die Kühlluftströmung kann mittels des Kühlkörpers der Kühlvorrichtung in eine Anströmung gebracht werden, welche dem Motor radial zugeführt wird, so dass der Motor senkrecht zu seiner axialen Erstreckung angeströmt und insbesondere umströmt wird. Die Kühlvorrichtung umfasst wenigstens einen Ventilator, so dass eine erzwungene Konvektion am Kühlkörper und am Kühlkörperring erreicht wird.
Neben der direkten Wärmetragung vom Motor auf den Kühlkörperring durch Wärmeleitung besteht eine weitere Funktion in der Förderung bzw. Gewährleistung einer möglichst weitgehend homogenen Luftströmung um den Kühlkörperring herum und somit um den Motor herum. Dieses betrifft sowohl eine vollständige Umströmung des Motors, auch an der luftabgewandten Seite, sowie eine zumindest einigermaßen gleichförmige Durchströmung der Kühlrippenkanäle, vor allem der Strömungskanäle, die im Windschatten des Motors liegen, d.h. von der zuströmenden Kühlluft abgewandten Seite des Motors liegen. Um dies zu ermöglichen, weist der Kühlkörperring die zusätzlichen Leitwandabschnitte auf, welche die Radialrippen, d.h. die Umfangskühlrippen von außen verschließen und so geschlossene Kanäle bilden.
Die Umfangskühlrippen können an ihren Umfangsaußenkanten Aussparungen aufweisen, die in axialer Richtung derart miteinander fluchten, dass ein oder mehrere rinnenartige Hinterschneidungen gebildet werden, in welche Lamellen des Kühlkörpers in der in die Nische des Kühlkörpers eingesetzten Anordnung des Kühlkörperrings hineinragen.
Alternativ oder ergänzend zu den Aussparungen können jeweils zwei benachbarte Stirnwandkühlrippen jeweils einen Strömungskanal des Kühlkörperrings begrenzen, wobei die Strömungskanäle des Kühlkörperrings mit Strömungskanälen des Kühlkörpers in der in die Nische des Kühlkörpers eingesetzten Anordnung des Kühlkörperrings fluchten und/oder in diese münden.
Die Stirnwandkühlrippen können insbesondere derart mit den Strömungskanälen des Kühlkörpers fluchten und/oder in diese münden, dass ein von dem Kühlkörper kommender Kühlluftstrom innerhalb der Nische, d.h. im Stirnwandabschnitt des Kühlkörperrings umgeleitet wird und nach Durchströmen der Nische am anderen Ende des Kühlkörperrings zumindest teilweise oder vollständig in einem mittleren Bereich, d.h. zentralen Bereich zusammengeführt wird, wo der Kühlluftstrom nach Verlassen des Kühlkörperrings wieder in den Kühlkörper eintritt.
Konkrete Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in der nachfolgenden Beschreibung unter Bezugnahme auf die beigefügten Figuren näher erläutert. Konkrete Merkmale dieser exemplarischen Ausführungsbeispiele können unabhängig davon, in welchem konkreten Zusammenhang sie erwähnt sind, gegebenenfalls auch einzeln oder in weiteren Kombinationen betrachtet, allgemeine Merkmale der Erfindung darstellen.
Es zeigen:

1 eine schematische Darstellung einer Antriebsanordnung mit einem elektrischen Motor und einem beispielhaften erfindungsgemäßen Kühlkörperring,
2 eine Draufsicht auf den Kühlkörper der Antriebsanordnung mit dem in die Nische eingesetzten Kühlkörperring,
3 eine perspektivische Darstellung auf den Kühlkörper der Antriebsanordnung gemäß 2 mit dem in die Nische eingesetzten Kühlkörperring,
4 eine perspektivische Darstellung des Kühlkörperrings von schräg oben,
5 eine perspektivische Darstellung des Kühlkörperrings von schräg unten,
6 eine perspektivische Darstellung des Kühlkörperrings von einer der angeströmten Luft zugewandten Seite,
7 eine vergrößerte Teilansicht auf den Kühlkörperring gemäß 6 im Bereich von Leitwandabschnitten auf einer der angeströmten Luft zugewandten Seite,
8 eine perspektivische Darstellung des Kühlkörperrings von einer von der angeströmten Luft abgewandten Seite, und
9 eine vergrößerte Teilansicht auf den Kühlkörperring gemäß 8 im Bereich von Leitwandabschnitten auf einer der angeströmten Luft abgewandten Seite.

In der 1 bis 3 ist ein beispielhaftes Ausführungsbeispiel einer Antriebsanordnung 1 dargestellt.
Die Antriebsanordnung 1 weist einen wärmeabgebenden elektrischen Motor 2 auf. An dem Motor 2 ist ein erfindungsgemäßer Kühlkörperring 3 angeordnet.
Der elektrische Motor 2 weist einen Rotor mit einer Motorwelle 2a, einen Stator 2b, in dem der Rotor drehbar angeordnet ist, und ein Motorgehäuse mit einer Außenmantelwand 2c auf. An der Außenmantelwand 2c des elektrischen Motors 2 ist der erfindungsgemäße Kühlkörperring 3 aufgesteckt bzw. angeklemmt.
Die Antriebsanordnung 1 weist außerdem eine Kühlvorrichtung auf, die wenigstens einen Kühlkörper 4 und wenigstens einen den Kühlkörper 4 mit Luft beaufschlagenden Ventilator 5 umfasst.
Der Kühlkörper 4 eine Nische 6 auf, in welche der Kühlkörperring 3, in der Einbaulage des elektrischen Motors 2 an der Antriebsanordnung 1, hineinragt, so dass die vom Ventilator 5 in Kanäle 7 des Kühlkörpers 4 eingeleitete Luft an einer Seite (in 2 beispielsweise oben) in den Kühlkörperring 3 eintritt und an einer zumindest im Wesentlichen gegenüberliegenden Seite (in 2 beispielsweise unten) aus dem Kühlkörperring 3 wieder austritt, um in den Kühlkörper 4 erneut einzutreten, wie dies durch die Pfeile P in 2 aufgezeigt ist.
In 4 bis 9 ist der Kühlkörperring 3 in jeweiligen Alleinstellungen näher dargestellt.
Der Kühlkörperring 3 weist eine umlaufende Innenwand 8 mit einer an die Gestalt der Außenmantelwand 2c des elektrischen Motors 2 angepassten Querschnittskontur, derart, dass der Kühlkörperring 3 in axialer Richtung A auf die Außenmantelwand 2c des elektrischen Motors 2 aufgeschoben werden kann.
Der Kühlkörperring 3 umfasst mehrere über seinen Umfang umlaufend angeordnete, sich radial nach außen weg erstreckende Umfangskühlrippen 9 auf, die sich parallel zueinander ausgerichtet in einem Abstand voneinander erstrecken, so dass jeweils zwei unmittelbar benachbarte Umfangskühlrippen 9 einen Strömungskanal 10 für radial und/oder tangential anströmende Luft begrenzen.
Der Kühlkörperring 3 umfasst im Falle des vorliegenden Ausführungsbeispiels mehrere am Kühlkörperring 3 angeordnete Leitwandabschnitte 11, von denen jede mindestens einen von den Umfangskühlrippen 9 seitlich begrenzten Strömungskanal 10 abschnittsweise von außen abdeckt, derart, dass eine in den Strömungskanal 10 in einem ersten Bereich einer der anströmenden Luft zugewandte Seite (in 6 vorne) des Kühlkörperrings 3 eingetretene Luftströmung in einen zweiten Bereich einer der anströmenden Luft abgewandten Seite (in 8 vorne) des Kühlkörperrings 3 umgelenkt wird.
Der wenigstens eine Leitwandabschnitt 11 kann entweder für eine Wiederbefestigung lösbar an einer Umfangskühlrippe 9 oder an mehreren Umfangskühlrippen 9 befestigt sein, derart, dass ein vorhandener Leitwandabschnitt 11 von seiner momentanen Stelle an den Umfangskühlrippen 9 entfernt und an einer anderen Stelle an den Umfangskühlrippen 9 wieder angebracht werden kann, oder aber der wenigstens eine Leitwandabschnitt 11 kann im Falle einer einteiligen Ausbildung an dem Kühlkörperring 3 mittels eines verstellbaren Formwerkzeug-Einsatzes (nicht dargestellt) gefertigt sein, derart, dass durch Verstellen und/oder Ummontieren des Formwerkzeug-Einsatzes Kühlkörperringe 3 mit unterschiedlich positionierten Leitwandabschnitten 11 gefertigt werden können.
Die von den Umfangskühlrippen 9 begrenzten Strömungskanäle 10 können, wie insbesondere in 5 erkennbar ist, zumindest abschnittsweise zur Innenwand 8 hin offen ausgebildet sein, wie beispielsweise durch die dargestellten Fensterausschnitte 12, so dass innenumfangsseitig die Strömungskanäle 10 nicht durch die Innenwand 8 des Kühlkörperrings 3 begrenzt werden, sondern in einem befestigten Zustand des Kühlkörperrings 3 an einem Motor 2, die Strömungskanäle 10 zumindest abschnittsweise von der Außenmantelwand 2c des Motors 2 begrenzt werden.
Der Kühlkörperring 3 ist federelastisch ausgebildet, derart, dass der Kühlkörperring 3 mit seiner umlaufenden Innenwand 8 an einer Außenmantelwand 2c des wärmeabgebenden elektrischen Motors 2 anliegend auf den Motor 2 aufgespannt werden kann. Dazu kann der Kühlkörperring 3 beispielsweise aus einem Material mit einer hohen Wärmeleitfähigkeit hergestellt sein, das eine gewisse Materialelastizität aufweist, wie beispielsweise Aluminium. Zur Verbesserung des elastischen Verhaltens kann der Kühlkörperring 3 einen Schlitz 13 aufweisen, welcher ein elastisches Aufweiten des Kühlkörperrings 3 begünstigt.
Der Kühlkörperring 3 weist im Falle des vorliegenden Ausführungsbeispiels mehrere Stirnwandabschnitte 14 auf, an denen mehrere Stirnwandkühlrippen 15 angeordnet sind.
Die Stirnwandkühlrippen 15 sind ausgebildet zum Leiten der in dem ersten Bereich der der anströmenden Luft zugewandten Seite (in 6 vorne) des Kühlkörperrings 3 eingetretenen Luftströmung in den zweiten Bereich der der anströmenden Luft abgewandten Seite (in 8 vorne) des Kühlkörperrings 3, wobei die Stirnwandkühlrippen 15 schräg und/oder bogenförmig verlaufend die über die Breite des ersten Bereichs eingetretene Luftströmung in einen mittleren Abschnitt des zweiten Bereiches aufkonzentrieren.
Wie insbesondere in 2 erkennbar ist, können die Stirnwandkühlrippen 15 in einer zweiten Flächenhälfte des Stirnwandabschnitts 14, beispielsweise der linken Kreishälfte in der 2, gegenüber den Verläufen von Stirnwandkühlrippen 15 in einer ersten Flächenhälfte des Stirnwandabschnitts 14, beispielsweise der rechten Kreishälfte in der 2, asymmetrische Verläufe aufweisen. So können, beispielsweise wie in 2 aufgezeigt ist, links dargestellte Stirnwandkühlrippen 15a in einer zweiten Flächenhälfte des Stirnwandabschnitts 14 bogenförmig verlaufend ausgebildet sein und die rechts dargestellten Stirnwandkühlrippen 15b in der ersten Flächenhälfte des Stirnwandabschnitts 14 gerade verlaufend ausgebildet sein.
Im Falle des vorliegenden Ausführungsbeispiels weisen die Umfangskühlrippen 9 an ihren Umfangsaußenkanten Aussparungen 16 auf, die in axialer Richtung derart miteinander fluchten, dass ein oder mehrere rinnenartige Hinterschneidungen gebildet werden, in welche Lamellen 17 des Kühlkörpers 4 in der in die Nische 6 des Kühlkörpers 4 eingesetzten Anordnung des Kühlkörperrings 3 hineinragen. Dies ist insbesondere in 3, 4 und 5 dargestellt.
Jeweils zwei benachbarte Stirnwandkühlrippen 15 begrenzen jeweils einen Strömungskanal des Kühlkörperrings 3, wobei die Strömungskanäle des Kühlkörperrings 3 mit Strömungskanälen des Kühlkörpers 4 in der in die Nische 6 des Kühlkörpers 4 eingesetzten Anordnung des Kühlkörperrings 3 fluchten und/oder in diese münden, wie dies insbesondere in 2 und 3 ersichtlich ist.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

DE 102004007395 B4 [0002]

Claims

Kühlkörperring zur Befestigung an einer Außenmantelwand (2c) eines wärmeabgebenden elektrischen Motors (2), aufweisend: - eine umlaufende Innenwand (8) mit einer an die Gestalt der Außenmantelwand (2c) des elektrischen Motors (2) angepassten Querschnittskontur, derart, dass der Kühlkörperring (3) in axialer Richtung auf die Außenmantelwand (2c) des elektrischen Motors (2) aufgeschoben werden kann, - mehrere am Kühlkörperring (3) über seinen Umfang umlaufend angeordnete, sich radial nach außen weg erstreckende Umfangskühlrippen (9), die sich parallel zueinander ausgerichtet in einem Abstand voneinander erstrecken, so dass jeweils zwei unmittelbar benachbarte Umfangskühlrippen (9) einen Strömungskanal (10) für radial und/oder tangential anströmende Luft begrenzen, sowie - wenigstens einen am Kühlkörperring (3) angeordneten Leitwandabschnitt (11), der mindestens einen von den Umfangskühlrippen (9) seitlich begrenzten Strömungskanal (10) abschnittsweise von außen abdeckt, derart, dass eine in den Strömungskanal (10) in einem ersten Bereich einer der anströmenden Luft zugewandte Seite des Kühlkörperrings (3) eingetretene Luftströmung in einen zweiten Bereich einer der anströmenden Luft abgewandten Seite des Kühlkörperrings (3) umgelenkt wird.
Kühlkörperring nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der wenigstens eine Leitwandabschnitt (11) für eine Wiederbefestigung lösbar an einer Umfangskühlrippe (9) oder an mehreren Umfangskühlrippen (9) befestigt ist, derart, dass ein vorhandener Leitwandabschnitt (11) von seiner momentanen Stelle an den Umfangskühlrippen (9) entfernt und an einer anderen Stelle an den Umfangskühlrippen (9) wieder angebracht werden kann, oder der wenigstens eine Leitwandabschnitt (11) einteilig an dem Kühlkörperring (3) ausgebildet ist und zwar gefertigt mittels eines verstellbaren Formwerkzeug-Einsatzes, derart, dass durch Verstellen und/oder Ummontieren des Formwerkzeug-Einsatzes Kühlkörperringe (3) mit unterschiedlich positionierten Leitwandabschnitten (11) gefertigt werden können.
Kühlkörperring nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die von den Umfangskühlrippen (9) begrenzten Strömungskanäle (10) zumindest abschnittsweise zur Innenwand (8) hin offen ausgebildet sind, so dass innenumfangsseitig die Strömungskanäle (10) nicht durch die Innenwand (8) des Kühlkörperrings (3) begrenzt werden, sondern in einem befestigten Zustand des Kühlkörperrings (3) an einem Motor (2), die Strömungskanäle (10) zumindest abschnittsweise von der Außenmantelwand (2c) des Motors (2) begrenzt werden.
Kühlkörperring nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Kühlkörperring (3) wenigstens einen Stirnwandabschnitt (14) aufweist, an dem mehrere Stirnwandkühlrippen (15) angeordnet sind.
Kühlkörperring nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Stirnwandkühlrippen (15) ausgebildet sind zum Leiten der in dem ersten Bereich der der anströmenden Luft zugewandten Seite des Kühlkörperrings (3) eingetretenen Luftströmung in den zweiten Bereich der der anströmenden Luft abgewandten Seite des Kühlkörperrings (3), wobei die Stirnwandkühlrippen (15) schräg oder bogenförmig verlaufend die über die Breite des ersten Bereichs eingetretene Luftströmung in einen mittleren Abschnitt des zweiten Bereiches aufkonzentrieren.
Kühlkörperring nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Stirnwandkühlrippen (15) in einer zweiten Flächenhälfte des Stirnwandabschnitts (14) gegenüber den Verläufen von Stirnwandkühlrippen (15) in einer ersten Flächenhälfte des Stirnwandabschnitts (14) asymmetrische Verläufe aufweisen.
Kühlkörperring nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass der Kühlkörperring (3) federelastisch ausgebildet ist, derart, dass der Kühlkörperring (3) mit seiner umlaufenden Innenwand (8) an einer Außenmantelwand (2c) eines wärmeabgebenden elektrischen Motors (2) anliegend auf den Motor (2) aufgespannt werden kann.
Elektrischer Motor, aufweisend einen Rotor mit einer Motorwelle (2a), einem Stator (2b), in dem der Rotor drehbar angeordnet ist, und ein Motorgehäuse mit einer Außenmantelwand (2c), dadurch gekennzeichnet, dass an der Außenmantelwand (2c) des elektrischen Motors (2) ein Kühlkörperring (3) nach einem der Ansprüche 1 bis 7 angeordnet ist.
Antriebsanordnung, aufweisend einen wärmeabgebenden elektrischen Motor (2), einen am elektrischen Motor (2) angeordneten Kühlkörperring (3) nach einem der Ansprüche 1 bis 7, sowie eine Kühlvorrichtung, die wenigstens einen Kühlkörper (4) und wenigstens einen den Kühlkörper (4) mit Luft beaufschlagenden Ventilator (5) umfasst, dadurch gekennzeichnet, dass der Kühlkörper (4) eine Nische (6) aufweist, in welche der Kühlkörperring (3), in der Einbaulage des elektrischen Motors (2) an der Antriebsanordnung (1), hineinragt, so dass die vom Ventilator (5) in Kanäle des Kühlkörpers (4) eingeleitete Luft an einer Seite in den Kühlkörperring (3) eintritt und an einer zumindest im Wesentlichen gegenüberliegenden Seite aus dem Kühlkörperring (3) wieder austritt, um in den Kühlkörper (4) erneut einzutreten.
Antriebsanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Umfangskühlrippen (9) an ihren Umfangsaußenkanten Aussparungen (16) aufweisen, die in axialer Richtung derart miteinander fluchten, dass ein oder mehrere rinnenartige Hinterschneidungen gebildet werden, in welche Lamellen (17) des Kühlkörpers (4) in der in die Nische (6) des Kühlkörpers (3) eingesetzten Anordnung des Kühlkörperrings (3) hineinragen; und/oder jeweils zwei benachbarte Stirnwandkühlrippen (15) jeweils einen Strömungskanal des Kühlkörperrings (3) begrenzen, wobei die Strömungskanäle des Kühlkörperrings (3) mit Strömungskanälen des Kühlkörpers (4) in der in die Nische (6) des Kühlkörpers (4) eingesetzten Anordnung des Kühlkörperrings (3) fluchten und/oder in diese münden.