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Die Erfindung betrifft gemäß Oberbegriff des Patentanspruchs 1 ein Gehäuse für eine elektrische Maschine, welches mit einem mit Kühlflüssigkeit durchströmbaren zylindrischen Kühlmantel ausgebildet ist, der mehrere in Umfangsrichtung verlaufende Kühlkanäle sowie einen als Verteiler fungierenden Einlassabschnitt und einen als Sammler fungierenden Auslassabschnitt aufweist.
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Unter einer elektrischen Maschine wird ein elektromechanischer Wandler verstanden, der elektrische Energie in mechanische Energie und/oder mechanische Energie in elektrische Energie umwandelt, wobei auch Wärme freigesetzt wird, sodass eine Kühlung erforderlich ist.
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Die
DE 10 2014 204 816 A1 beschreibt eine elektrische Maschine mit einem Gehäuse, welches einen Fluidkanal zur Führung eines Kühlflüssigkeitsstroms aufweist. Der Fluidkanal umfasst einen Einlassabschnitt, einen durch Umfangsrippen in mehrere Teilkanäle unterteilten Umfangs- bzw. Zwischenabschnitt und einen Auslassabschnitt. Zwischen dem Einlassabschnitt und dem Auslassabschnitt befindet sich ein Trennabschnitt, der mit einem Bypass ausgebildet ist. Durch diesen Bypass wird quasi eine direkte Verbindung zwischen Einlass und Auslass hergestellt. Obwohl dies in der
DE 10 2014 204 816 A1 nicht beschrieben ist, ist über eine solche direkte Verbindung grundsätzlich eine Entlüftung des Einlassabschnitts denkbar, derart, dass etwaige Gasblasen, die im Einlassabschnitt vorhanden sind, durch den Bypass hindurch in den Auslassabschnitt abgeleitet werden können.
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Ausgehend von diesem Stand der Technik liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, an einem betreffenden Gehäuse die Entlüftung bzw. Entlüftungsfunktion des Kühlmantels zu verbessern.
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Die Aufgabe wird gelöst durch das erfindungsgemäße Gehäuse des Patentanspruchs 1. Mit dem nebengeordneten Patentanspruch erstreckt sich die Erfindung auch auf die Verwendung des erfindungsgemäßen Gehäuses zur Kühlung einer elektrischen Maschine. Zusätzliche Merkmale der Erfindung ergeben sich analog für beide Erfindungsgegenstände aus den abhängigen Patentansprüchen, der nachfolgenden Erfindungsbeschreibung (wobei dies ausdrücklich auch Merkmale einschließt, die als „beispielsweise“, „bevorzugt“, „insbesondere“ etc. beschrieben sind) und der Zeichnung.
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Das erfindungsgemäße Gehäuse für eine elektrische Maschine, wobei es sich insbesondere um einen Elektromotor (E-Motor) und/oder Generator handelt, ist mit einem mit Kühlflüssigkeit durchströmbaren (zumindest näherungsweise) zylindrischen Kühlmantel (im Folgenden auch nur als Kühlmantel bezeichnet) ausgebildet und kann insofern auch als flüssigkeitsgekühltes Gehäuse bezeichnet werden. Der Kühlmantel weist mehrere in Umfangsrichtung (des Kühlmantels) verlaufende Kühlkanäle bzw. Umfangskanäle sowie einen als Verteiler fungierenden Einlassabschnitt, an dem die in Umfangsrichtung verlaufenden Kühlkanäle beginnen bzw. von dem diese Kühlkanäle abgehen, und einen als Sammler fungierenden Auslassabschnitt, an dem die in Umfangsrichtung verlaufenden Kühlkanäle enden bzw. in den diese Kühlkanäle münden, auf. Zwischen dem Einlassabschnitt und dem Auslassabschnitt ist eine Trennwand oder dergleichen angeordnet, die den Einlassabschnitt und den Auslassabschnitt voneinander trennt. In der Trennwand befindet sich (wenigstens) ein Bypass, welcher den Einlassabschnitt und den Auslassabschnitt verbindet. Durch diesen Bypass können eventuell im Einlassabschnitt vorhandene Gasblasen (der Begriff „Gasblasen“ umfasst ausdrücklich auch Luft- und Dampfblasen, sowie auch eine Gas- bzw. Dampf- oder Luftansammlung, die eine einzelne Gas-, Dampf- oder Luftblase bildet) direkt zum Auslassabschnitt abgeleitet werden. Im Weiteren können die Gasblasen dann über eine Auslassöffnung aus dem Kühlmantel ausgeleitet werden. Dieser quasi von selbst ablaufende Entlüftungsvorgang kann auch als Selbstentlüftung bezeichnet werden.
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Bevorzugt ist der Bypass so in der Trennwand angeordnet, dass dieser möglichst nahe an einer Auslassöffnung im Auslassabschnitt endet und/oder auf diese Auslassöffnung gerichtet ist, sodass die aus dem Einlassabschnitt durch den Bypass abgeleiteten Gasblasen auf möglichst direktem Weg aus dem Kühlmantel ausgeleitet werden können.
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Erfindungsgemäß ist nun vorgesehen, dass die in Umfangsrichtung verlaufenden Kühlkanäle des Kühlmantels durch wenigstens einen querverlaufenden, d. h. sich quer zu den betreffenden Kühlkanälen erstreckenden, Entlüftungskanal verbunden sind. Damit ist gemeint, dass mehrere oder auch alle der in Umfangsrichtung verlaufenden bzw. umlaufenden Kühlkanäle durch einen Entlüftungskanal oder gegebenenfalls auch durch mehrere Entlüftungskanäle miteinander bzw. untereinander verbunden sind. Bevorzugt ist der wenigstens eine Entlüftungskanal einlassseitig angeordnet, d. h., dieser befindet sich bevorzugt in der Nähe des Einlassabschnitts bzw. im Anfangsbereich der umlaufenden Kühlkanäle. Die nachfolgenden Erläuterungen beziehen sich teilweise in nicht einschränkender Weise auf nur einen Entlüftungskanal. Ferner werden die Bezeichnungen „in Umfangsrichtung verlaufende Kühlkanäle“ und „umlaufende Kühlkanäle“ und „Umfangskanäle“ synonym verwendet.
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In den umlaufenden Kühlkanälen können sich, insbesondere in der Nähe des Einlassabschnitts bzw. im Anfangsbereich, Gasblasen ansammeln, die sich während des Betriebs weder zum Auslassabschnitt noch zum Einlassabschnitt bewegen, sondern quasi festhängen. Versuche und Simulationen haben ergeben, dass ein Entlüftungskanal, der im betroffenen Bereich die in Umfangsrichtung verlaufenden Kühlkanäle untereinander bzw. miteinander verbindet, einen positiven Effekt auf die Entlüftung der Kühlkanäle hat. Bei diesem Entlüftungskanal handelt es sich quasi um einen sich quer zu den umlaufenden Kühlkanälen erstreckenden Querkanal, der aufgrund seiner vorgesehenen Entlüftungsfunktion als Entlüftungskanal bezeichnet wird. Dieser Entlüftungskanal kann bspw. als Nut oder auch als Bohrung ausgebildet sein.
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Je nach Anordnung und Ausgestaltung des Entlüftungskanals (nachfolgend werden verschiedene Ausführungsmöglichkeiten bzw. -beispiele noch näher erläutert) können sich die in einem umlaufenden Kühlkanal oder in mehreren umlaufenden Kühlkanälen ansammelnden Gasblasen durch den Entlüftungskanal hindurch direkt (d. h. auf direktem Weg) zum Einlassabschnitt und insbesondere zum Bypass bewegen bzw. zurückbewegen und/oder können sich indirekt (d. h. nicht auf direktem Weg) zum Einlassabschnitt und insbesondere zum Bypass bewegen bzw. zurückbewegen. Bei letzterem können sich die Gasblasen durch den Entlüftungskanal hindurch zu anderen Kühlkanäle bewegen bzw. werden durch den Entlüftungskanal hindurch in andere Kühlkanäle umgeleitet und können sich dort (entgegen der Strömungsrichtung der nachströmenden Kühlflüssigkeit) weiter zum Einlassabschnitt bewegen bzw. zurückbewegen (d. h. situationsabhängig suchen sich die Gasblasen quasi selbst einen günstigen Pfad zum Einlassabschnitt bzw. Bypass). Im Weiteren können die Gasblasen dann über den Bypass zum Auslassabschnitt abgleitet und von dort aus dem Kühlmantel ausgeleitet werden. (Für die Erfindung ist also die Kombination aus Bypass und Entlüftungskanal wesentlich.) Auf diese Weise gelingt während des Betriebs eine sehr effektive und nahezu vollständige Entlüftung bzw. Selbstentlüftung des Kühlmantels, wodurch lokale Überhitzungen (Hotspots) vermieden oder zumindest verringert werden. Die Entlüftung bzw. Entlüftungsfunktion wird somit verbessert.
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Bevorzugt ist eine horizontale bzw. liegende Ausrichtung des zylindrischen Kühlmantels, insbesondere verbunden mit einer horizontalen Anordnung der elektrischen Maschine im Gehäuse, vorgesehen. In Bezug auf diese horizontale bzw. liegende Ausrichtung ist insbesondere vorgesehen, dass sich der Entlüftungskanal auf der strömungsabfallenden Kühlmantelseite bzw. in der strömungsabfallenden Kühlmantelhälfte, also dort, wo die Kühlflüssigkeit von oben nach unten durch die umlaufenden Kühlkanäle strömt, angeordnet ist und sich oberhalb einer horizontalen Mittelebene des Kühlmantels (quasi im zweiten Quadranten; s. u.) befindet.
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In Bezug auf eine horizontale bzw. liegende Ausrichtung (s. o.) kann auch vorgesehen sein, dass der Einlassabschnitt, sowie insbesondere auch der Auslassabschnitt und die Trennwand, obenliegend, quasi im obersten Bereich, angeordnet ist/sind. Selbiges gilt insbesondere auch für den Bypass. Der Entlüftungskanal befindet sich dann unterhalb des obenliegenden Einlassabschnitts bzw. ist tiefer als der Einlassabschnitt und insbesondere oberhalb einer horizontalen Mittelebene des zylindrischen Kühlmantels angeordnet, sodass die Gasblasen in der oben erläuterten Weise zum Einlassabschnitt bzw. Bypass gelangen können.
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Der Entlüftungskanal kann gerade ausgebildet sein, d. h. einen geraden Verlauf aufweisen, insbesondere derart, dass sich dieser im Wesentlichen in axialer Richtung des zylindrischen Kühlmantels bzw. parallel zur Mittelachse des zylindrischen Kühlmantels erstreckt. Der Entlüftungskanal kann allerdings, zumindest abschnittsweise, auch gekrümmt bzw. bogenförmig ausgebildet sein, d. h. einen gekrümmten bzw. bogenförmigen Verlauf aufweisen, insbesondere derart, dass sich dieser schief bzw. schräg zur Mittelachse des zylindrischen Kühlmantels erstreckt.
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Der Entlüftungskanal kann sich (mit geradem oder auch zumindest abschnittsweise gekrümmtem Verlauf) zwischen den beiden axial äußersten in Umfangsrichtung verlaufenden Kühlkanälen des zylindrischen Kühlmantels erstrecken, insbesondere derart, dass dieser quasi alle in Umfangsrichtung verlaufenden Kühlkanälen verbindet. Dies ermöglicht eine indirekte Entlüftung der in Umfangsrichtung verlaufenden Kühlkanäle, wie oben beschrieben.
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Der Entlüftungskanal kann an wenigstens einem seiner Enden bzw. Entlüftungskanalenden auch direkt in den Einlassabschnitt einmünden, insbesondere in unmittelbarer Nähe des Bypasses bzw. dessen Eintrittsöffnung. Dies gelingt durch eine entsprechende Ausgestaltung des Entlüftungskanals bzw. dessen Verlaufs und/oder des Einlassabschnitts. Somit können sich die Gasblasen durch den Entlüftungskanal hindurch direkt zum Einlassabschnitt bewegen bzw. zurückbewegen. Der Entlüftungskanal kann an einem seiner Enden bzw. Entlüftungskanalenden (quasi als gedachte Verlängerung) auch auf den Bypass bzw. dessen Eintrittsöffnung gerichtet bzw. ausgerichtet sein.
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Der Kühlmantel ist bevorzugt aus einem Außengehäuse (äußerer Kühlkörper) und einem Innengehäuse (innerer Kühlkörper) aufgebaut. Das Innengehäuse ist (an seiner dem Außengehäuse zugewandten Außenseite) mit Umfangsrippen und dazwischen befindlichen Umfangsnuten (welche die in Umfangsrichtung verlaufenden Kühlkanäle bilden) ausgebildet. Bevorzugt ist auch der Entlüftungskanal am Innengehäuse ausgebildet, insbesondere in Gestalt einer die Umfangsrippen durchtrennenden bzw. die Umfangsnuten verbindenden Quernut. Die Quernut weist bevorzugt im Wesentlichen dieselbe Tiefe bzw. eine ähnliche Tiefe wie die Umfangsnuten bzw. Umfangskanäle auf, d. h., die Quernut durchtrennt bzw. durchbricht die Umfangsrippen über ihre gesamte (radiale) Höhe bis zum Nutgrund. Das Innengehäuse ist bevorzugt als einstückiges Gussteil, vorzugsweise als Metallgussteil, ausgebildet, wobei insbesondere vorgesehen ist, dass sowohl die Umfangsrippen und Umfangsnuten als auch die Quernut gießtechnisch, d. h. urformend, erzeugt sind. Die Quernut kann auch nach der gießenden Herstellung durch spanende Bearbeitung erzeugt werden. Der Entlüftungskanal kann grundsätzlich auch als Querbohrung ausgebildet sein.
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Das erfindungsgemäße Gehäuse wird zur Kühlung einer elektrischen Maschine, die insbesondere im Gehäuse angeordnet ist, verwendet. Dabei ist bevorzugt vorgesehen, dass mithilfe einer Pumpe ein Kühlflüssigkeitsstrom durch den Kühlmantel erzeugt wird, wobei insbesondere ein variierender Pumpendruck und/oder eine variierende Pumpenfördermenge vorgesehen sind. In Niederdruckphasen, d. h. in Phasen mit geringerem Druck (wobei auch Druckwerte von nahezu 0 bar möglich sind), können sich die Gasblasen einfacher zum Einlassabschnitt zurückbewegen bzw. zum Einlassabschnitt aufsteigen, wie erläutert. Ein variierender bzw. sich verändernder Pumpendruck und/oder eine variierende bzw. sich verändernde Pumpenfördermenge ermöglichen also eine verbesserte Entlüftung bzw. Selbstentlüftung.
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Nachfolgend werden in nicht einschränkender Weise mit Bezug auf die Zeichnung bevorzugte Ausführungsbeispiele der Erfindung näher erläutert. Die in den Figuren der Zeichnung gezeigten und/oder nachfolgend erläuterten Merkmale können, auch unabhängig von konkreten Merkmalskombinationen, allgemeine Merkmale der Erfindung sein und die Erfindung entsprechend weiterbilden.
- 1 zeigt in einer perspektivischen Darstellung ein erstes Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Gehäuses.
- 2 zeigt das Gehäuse der 1 in einer Ansicht von oben.
- 3 zeigt analog zur Darstellung der 1 ein zweites Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Gehäuses.
- 4 zeigt analog zur Darstellung der 1 ein drittes Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Gehäuses.
- 5 zeigt das Gehäuse der 1 und 2 in einer axialen Draufsicht.
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1 zeigt das Gehäuse 100 in einer der bevorzugten Einbaulage entsprechenden liegenden bzw. horizontalen Ausrichtung. Das Gehäuse 100 ist aus einem nur schematisch angedeuteten Außengehäuse 120 sowie einem schalenartigen Innengehäuse 130 aufgebaut und weist einen Innenraum 110 zur Aufnahme einer elektrischen Maschine auf. Der Innenraum 110 kann auch eine andere Form aufweisen. Zur Kühlung der im Innenraum 110 angeordneten elektrischen Maschine ist das Gehäuse 100 mit einem integrierten zylindrischen Kühlmantel 140 ausgebildet. Bei diesem Kühlmantel 140 handelt es sich um einen den Innenraum 110 im Wesentlichen vollständig umgebenden Hohlraum innerhalb des Gehäuses 100, der von Kühlflüssigkeit K durchströmt wird. Somit ist der Kühlmantel 140 genau genommen (zumindest näherungsweise) ringzylindrisch bzw. kreisringzylindrisch ausgebildet. Der Kühlmantel 140 kann bspw. einen Durchmesser von 200 mm bis 300 mm und eine axiale Länge von 100 mm bis 300 mm aufweisen.
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Der Kühlmantel 140 umfasst mehrere in Umfangsrichtung U verlaufende bzw. umlaufende Kühlkanäle 142 sowie einen Einlassabschnitt 141 und einen Auslassabschnitt 143. Die umlaufenden Kühlkanäle 142 beginnen am Einlassabschnitt 141 bzw. unterhalb des Einlassabschnitts 141 und enden am Auslassabschnitt 143. Das Innengehäuse 130 ist mit Umfangsrippen 131 ausgebildet, zwischen denen sich die umlaufenden Kühlkanäle 142 in Gestalt von Umfangsnuten 132 befinden (siehe 2), wobei die Umfangsrippen 131 einen in Umfangsrichtung U versetzten Beginn aufweisen. Die Umfangsrippen 131 können eine (radiale) Höhe von 3 mm bis 5 mm aufweisen, wobei dies zugleich im Wesentlichen der (radialen) Tiefe der Umfangsnuten 132 bzw. der Kühlkanäle 142 entspricht. Zwischen dem Einlassabschnitt 141 und dem Auslassabschnitt 143 befindet sich eine schräg bzw. diagonal verlaufende Trennwand 145, die am Innengehäuse 130 als Trennsteg ausgebildet ist. Der Einlassabschnitt 141, der Auslassabschnitt 143 und die Trennwand 145 sind bezüglich der gezeigten horizontalen Einbaulage obenliegend angeordnet.
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Die Kühlflüssigkeit K wird über eine Einlassöffnung bzw. -bohrung 151 in den Einlassabschnitt 141 eingeleitet und verteilt sich von dort auf alle in Umfangsrichtung U verlaufenden Kühlkanäle 142. Der Einlassabschnitt 141 fungiert somit als Verteiler. Im Einlassabschnitt 141 befinden sich mehrere als Rippen ausgebildete Strömungsleitelemente, welche die Verteilung begünstigen. Die Kühlflüssigkeit K durchströmt die umlaufenden Kühlkanäle 142 in Umfangsrichtung U und sammelt sich im Auslassabschnitt 143 an. Der Auslassabschnitt 143 fungiert somit als Sammler. Im Auslassabschnitt 143 können ebenfalls Strömungsleitelemente angeordnet sein. Die Kühlflüssigkeit K wird über eine obenliegende Auslassöffnung bzw. -bohrung 152 aus dem Auslassabschnitt 143 ausgeleitet. Die Einlassöffnung 151 und die Auslassöffnung 152 befinden sich hier an entgegengesetzten axialen Enden des Kühlmantels 140, wobei das axiale Kühlmantelende an der Einlassöffnung 151 auch als vorderes Kühlmantelende bzw. vorderer Kühlmantelbereich und das axiale Kühlmantelende an der Auslassöffnung 152 als hinteres Kühlmantelende bzw. hinterer Kühlmantelbereich bezeichnet werden können.
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Der während des Betriebs mithilfe einer Pumpe erzeugte Kühlflüssigkeitsstrom bzw. Kühlmitteldurchlauf ist in 2 durch Strömungspfeile veranschaulicht. Die Pumpenfördermenge liegt bspw. in einem Bereich von 2 l/min bis 10 l/min. Wie insbesondere in 1 zu erkennen, weist der Kühlmantel 140 eine strömungsabfallende Kühlmantelseite bzw. -hälfte auf, in der die Kühlflüssigkeit K von oben nach unten strömt, sowie eine strömungsansteigende Kühlmantelseite bzw. -hälfte, in der die Kühlflüssigkeit K von unten nach oben (bis zum Auslassabschnitt 143) strömt.
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Insbesondere während Betriebspausen (d. h. bei ausgeschalter Pumpe bzw. ohne Pumpenbetrieb) können sich im obenliegenden Einlassabschnitt 141 Gasblasen ansammeln. Auch nach dem Erstbefüllen des Kühlmantels 140 mit Kühlflüssigkeit K kann sogenannte Restluft vorhanden sein, die sich im Einlassabschnitt 141 ansammelt (bei einer solchen Restluft handelt es sich quasi um eine Luftansammlung, die im Weiteren nicht von Gasblasen unterschieden wird; s. o.). Die Gasblasen können in den Betriebspausen durch eine optional in der Trennwand 145 ausgebildete Passage 148 in den Auslassabschnitt 143 abgeleitet werden (passive Entlüftung). Die Passage 148 sowie auch die Auslassöffnung 152 befinden sich in etwa an der höchsten Stelle des Kühlmantels 140. Während des folgenden Betriebs werden die im Auslassabschnitt 143 vorhandenen Gasblasen dann durch die Auslassöffnung 152 quasi abgesaugt. Eine solche Pausenentlüftung durch die Passage 148 ist bei einem Kühlmantel 140 mit der nachfolgend erläuterten Betriebsentlüftung nicht erforderlich, trotzdem kann aber optional eine solche Passage 148 vorgesehen sein (quasi als Hilfsbypass).
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Zur Betriebsentlüftung (womit eine aktive bzw. dynamische Entlüftung während des laufenden Pumpenbetriebs gemeint ist) ist in der Trennwand 145 ein als Nut (oder gegebenenfalls auch als Bohrung) ausgebildeter Bypass 146 angeordnet, der den Einlassabschnitt 141 mit dem Auslassabschnitt 143 verbindet. Dieser Bypass 146 kann eine Breite von 1 mm bis 3 mm aufweisen. Durch diesen Bypass 146 können Gasblasen direkt (d. h. nicht über die Kühlkanäle 142) zum Auslassabschnitt 143 abgeleitet werden. Der Bypass 146 befindet sich am hinteren Kühlmantelende im hintersten Abschnitt der Trennwand 145 oberhalb des letzten umlaufenden Kühlkanals 142. Außerdem verläuft der Bypass 146 im Wesentlichen in Umfangsrichtung U und/oder schräg nach oben, um einen Luftauftriebseffekt auszunutzen. Der Bypass 146 bzw. dessen Austrittsöffnung ist auf die Auslassöffnung 152 im Auslassabschnitt 143 gerichtet, sodass die aus dem Einlassabschnitt 141 abgeleiteten Gasblasen auf möglichst direktem Weg aus dem Kühlmantel 140 ausgeleitet werden. Dieser Entlüftungsvorgang kann auch als Selbstentlüftung bezeichnet werden.
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Eine Entlüftung bzw. Selbstentlüftung während des Betriebs, d. h. eine Betriebsentlüftung, wird allerdings dadurch erschwert, dass die Gasblasen von der strömenden Kühlflüssigkeit K in die umlaufenden Kühlkanäle 142 gedrückt werden. Einerseits können diese Gasblasen aufgrund von Auftriebseffekten die in Umfangsrichtung U verlaufenden Kühlkanäle 142 nicht in Richtung des Auslassabschnitts 143 durchlaufen. Andererseits können diese Gasblasen aufgrund von nachströmender bzw. nachfließender Kühlflüssigkeit K nicht oder nur erschwert in den Einlassabschnitt 141 aufsteigen. Dies führt dazu, dass die Gasblasen quasi in den umlaufenden Kühlkanälen 142 festhängen, insbesondere unterhalb des Einlassabschnitts 141, wovon nur einzelne oder alle Kühlkanäle 142 betroffen sein können.
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Zur Verbesserung der Betriebsentlüftung ist daher vorgesehen, dass die in Umfangsrichtung U verlaufenden Kühlkanäle 142 durch einen querverlaufenden Entlüftungskanal 147 verbunden sind, wobei der in 1 und 2 gezeigte Entlüftungskanal 147 einlassseitig, d. h. in einem dem Einlassabschnitt 141 zugewandten Anfangsbereich der umlaufenden Kühlkanäle 142, angeordnet ist (selbiges gilt für den in 3 und 4 gezeigten Entlüftungskanal 147). Der Entlüftungskanal 147 befindet sich unterhalb des Einlassabschnitts 141 und oberhalb der horizontalen Mittelebene H des zylindrischen Kühlmantels 140 (wie nachfolgend im Zusammenhang mit der 5 noch näher erläutert).
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Der in 1 und 2 gezeigte Entlüftungskanal 147 ist als eine gerade, sich in axialer Richtung des zylindrischen Kühlmantels 140 bzw. parallel zu dessen Mittelachse M erstreckende Nut bzw. Quernut ausgebildet (quasi eine querverlaufende Entlüftungsnut), welche alle Umfangsrippen 131 auf einer Linie in gleicher vertikaler Höhe durchtrennt bzw. durchkreuzt und alle umlaufenden Kühlkanäle 142 verbindet, d. h., der Entlüftungskanal bzw. die Quernut 147 bildet Durchbrüche durch die Umfangsrippen 131. Der Entlüftungskanal bzw. die Quernut 147 kann in Umfangsrichtung U eine Breite von bis zu 10 mm aufweisen, wobei die Breite (in Umfangsrichtung U) insbesondere dem Ein- bis Vierfachen der axialen Länge des jeweiligen Durchbruchs bzw. der Dicke der jeweiligen Umfangsrippe 131 entspricht.
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Bezüglich der Längserstreckung bzw. des Kanalverlaufs können die beiden Enden des Entlüftungskanals bzw. der Quernut 147 als vorderes Entlüftungskanalende (das quasi dem vorderen Kühlmantelende zugewandt ist) und als hinteres Entlüftungskanalende (das quasi dem hinteren Kühlmantelende zugewandt ist) bezeichnet werden. Der Entlüftungskanal bzw. die Quernut 147 kann auch kürzer ausgebildet sein, sodass dieser nicht alle umlaufenden Kühlkanäle 142 verbindet. Anstatt eines einzelnen Entlüftungskanals bzw. einer einzelnen Quernut 147 können auch mehrere Entlüftungskanäle bzw. Quernuten vorgesehen sein, die in Axialrichtung des Kühlmantels 140 und/oder in Umfangsrichtung des Kühlmantels 140 zueinander versetzt sind. Der Entlüftungskanal 147 kann im Übrigen auch als Querbohrung ausgebildet sein.
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Bei dem in 1 und 2 gezeigten Ausführungsbeispiel erstreckt sich der Entlüftungskanal bzw. die Quernut 147 zwischen den beiden axial äußersten Kühlkanälen 142 (am vorderen und hinteren Kühlmantelende). Das hintere Entlüftungskanalende befindet sich im hinteren Kühlmantelbereich unterhalb des Bypasses 146 bzw. dessen Eintrittsöffnung. Der Entlüftungskanal bzw. die Quernut 147 bewirkt indirekt durch Umleiten von Gasblasen eine Entlüftung der Kühlkanäle 142 bzw. deren Anfangsbereiche in Richtung des Einlassabschnitts 141, wie oben beschrieben. (Ungeachtet dessen kann zwischen den Umfangsrippen 131 des Innengehäuses 130 und der Innenumfangsfläche des Außengehäuses 120 eine sogenannte Spaltleckage vorhanden sein, die jedoch keine gezielte Entlüftung ermöglicht. Selbiges gilt für eine Spaltleckage an der Trennwand 145.)
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Bei dem in 3 gezeigten Ausführungsbeispiel sind der Einlassabschnitt 141 und der Entlüftungskanal bzw. die Quernut 147 derart ausgebildet und relativ zueinander angeordnet, dass der Entlüftungskanal 147 direkt in den Einlassabschnitt 141 mündet bzw. zum Einlassabschnitt 141 führt, ohne alle umlaufenden Kühlkanäle 142 zu verbinden. Das hintere Entlüftungskanalende befindet sich in der Nähe des Bypasses 146. Der Entlüftungskanal 147 bildet quasi einen zusätzlichen Strömungspfad, der ein direktes Aufsteigen bzw. Zurückbewegen der Gasblasen in den Einlassabschnitt 141 bzw. zum Bypass 146 ermöglicht oder zumindest begünstigt. Mit anderen Worten: Der Entlüftungskanal 147 ermöglicht oder zumindest begünstigt während des Betriebs eine Gasblasenbewegung in Richtung des Einlassabschnitts 141 bzw. Bypasses 146.
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Bei dem in 4 gezeigten Ausführungsbeispiel sind der Einlassabschnitt 141 und der Entlüftungskanal bzw. die Quernut 147 derart ausgebildet und relativ zueinander angeordnet, dass das hintere Entlüftungskanalende quasi auf den Bypass 146 bzw. dessen Eintrittsöffnung ausgerichtet ist, wobei auch hier nicht alle umlaufenden Kühlkanäle 142 verbunden sind. Der Entlüftungskanal bzw. die Quernut 147 ist gekrümmt bzw. bogenförmig ausgebildet und erstreckt sich abschnittsweise schräg zur Mittelachse M. Der Entlüftungskanal bzw. die Quernut 147 kann aber auch gerade ausgebildet sein. Wie auch beim Ausführungsbeispiel der 3 bildet der Entlüftungskanal 147 quasi einen zusätzlichen Strömungspfad, der ein direktes Aufsteigen bzw. Zurückbewegen der Gasblasen in den Einlassabschnitt 141 bzw. zum Bypass 146 ermöglicht oder zumindest begünstigt.
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5 zeigt das Innengehäuse 130 des Gehäuses 100 aus 1 und 2 in einer axialen Draufsicht mit der in 2 angegebenen Blickrichtung D. Die horizontale Mittelebene ist mit H und die vertikale Mittelebene ist mit V bezeichnet. Die Durchströmung der Kühlkanäle 142 des Kühlmantels 140 mit Kühlflüssigkeit K erfolgt bezüglich der gezeigten axialen Draufsicht gegen den Uhrzeigersinn (-UZS) entsprechend dem Richtungspfeil U für die Umfangsrichtung. Der Kühlmantel 140 kann in vier Quadranten eingeteilt werden, die sich jeweils im 90°-Bogen zwischen den Mittelebenen erstrecken und gemäß gängiger Konvention (bezüglich eines Koordinatensystems) als erster Quadrant Q1, zweiter Quadrant Q2, dritter Quadrant Q3 und vierter Quadrant Q4 bezeichnet werden können. Die Einlassöffnung bzw. -bohrung 151 befindet sich im ersten Quadranten Q1 etwa auf einer 2 Uhr-Position, kann jedoch auch tiefer oder höher angeordnet sein. Die Auslassöffnung bzw. -bohrung 152 befindet sich quasi zwischen dem ersten Quadranten Q1 und dem zweiten Quadranten Q2 auf einer 12 Uhr-Position (also an der höchsten Stelle). Selbiges gilt analog für die in 3 und 4 gezeigten Ausführungsbeispiele.
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Der Entlüftungskanal 147 befindet sich auf der strömungsabfallenden Kühlmantelseite bzw. -hälfte (s. o.) zwischen der vertikalen Mittelebene V und der horizontalen Mittelebene H, also im zweiten Quadranten Q2, der auch als Sektor von 9 Uhr bis 12 Uhr beschrieben werden kann. Selbiges gilt analog für die in 3 und 4 gezeigten Ausführungsbeispiele In diesem Bereich befinden sich während des Betriebs, insbesondere nach einer vorausgehenden Betriebspause, die meisten Gasblasen (aufgrund eines Kräftegleichgewichts zwischen Auftriebskraft und Druckkraft der nachströmenden bzw. in die umlaufenden Kühlkanäle 142 einströmenden Kühlflüssigkeit K), wie oben beschrieben. Der Bypass 146 und der Entlüftungskanal 147 ermöglichen während des Betriebs (d. h. bei eingeschalteter Pumpe) eine Entlüftung bzw. Selbstentlüftung des Kühlmantels 140 im zweiten Quadranten Q2, wie oben erläutert. Wie oben beschrieben, kann ein variierender Pumpendruck bzw. eine variierende Pumpenfördermenge die Entlüftung begünstigen.
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Die in den Figuren gezeigten und vorausgehend erläuterten Ausführungsbeispiele sind im Rahmen der Erfindung variierbar. Insbesondere können die Merkmale verschiedener Ausführungsbeispiele übergreifend auch zu weiteren Ausführungsbeispielen kombiniert werden.
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Bezugszeichenliste
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- 100
- Gehäuse
- 110
- Innenraum
- 120
- Außengehäuse
- 130
- Innengehäuse
- 131
- Umfangsrippen
- 132
- Umfangsnuten
- 140
- Kühlmantel
- 141
- Einlassabschnitt
- 142
- Kühlkanäle
- 143
- Auslassabschnitt
- 145
- Trennwand
- 146
- Bypass
- 147
- Entlüftungskanal (Quernut)
- 148
- Passage (Hilfsbypass)
- 151
- Einlassöffnung
- 152
- Auslassöffnung
- D
- axiale Draufsicht
- H
- horizontale Mittelebene
- K
- Kühlflüssigkeit
- M
- Mittelachse
- Q1
- erster Quadrant
- Q2
- zweiter Quadrant
- Q3
- dritter Quadrant
- Q4
- vierter Quadrant
- U
- Umfangsrichtung
- V
- vertikale Mittelebene
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 102014204816 A1 [0003]
