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Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein Kühlsystem für einen Stator für eine elektrische Maschine und ein Verfahren zum Herstellen eines solchen Kühlsystems.
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Eine elektrische Maschine ist beispielsweise ein Elektromotor oder ein elektrischer Generator. Eine elektrische Maschine hat einen Rotor, der relativ zu einem Stator beweglich ist. Der Rotor ist mit einem Element wie einer Achse oder einem Rad oder einer Stange usw. gekoppelt, wobei das Element in eine lineare oder rotatorische Bewegung anzutreiben ist. Während des Betriebs einer elektrischen Maschine erwärmt sich die elektrische Maschine. Grund hierfür sind elektromagnetische Kräfte, welche durch die Bewegung des Rotors hervorgerufen werden.
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Problematisch ist, dass sich die Leistung der elektrischen Maschine mit zunehmender Temperatur der elektrischen Maschine verschlechtert. Zudem kann eine Überhitzung der elektrischen Maschine Schäden an der Maschine bewirken. Daher ist es üblich, ein Kühlsystem für die elektrische Maschine bereitzustellen.
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Damit die elektrische Maschine effizient und kostengünstig arbeitet, muss auch das Kühlsystem sehr effektiv arbeiten. Ferner sollte die elektrische Maschine kompakte Abmessungen haben und niedrige Produktionskosten verursachen.
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Somit besteht Bedarf nach einer kompakten, effizient arbeitenden, möglichst unaufwändig montierbaren und so weit wie möglich verschleißfreien und wartungsarmen elektrischen Maschine.
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Daher ist es Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Kühlsystem für einen Stator für eine elektrische Maschine und ein Verfahren zum Herstellen eines solchen Kühlsystems bereitzustellen, welche die oben genannten Probleme lösen. Insbesondere sollen ein Kühlsystem für einen Stator für eine elektrische Maschine und ein Verfahren zum Herstellen eines solchen Kühlsystems bereitgestellt werden, welche eine effiziente Kühlung mit geringem Montageaufwand sowie einen zuverlässigen und sicheren Betrieb bei geringen Kosten ermöglichen.
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Diese Aufgabe wird durch ein Kühlsystem für einen Stator für eine elektrische Maschine nach Anspruch 1 gelöst. Das Kühlsystem hat einen Statorkörper mit mindestens zwei Öffnungen, die jeweils zum Leiten von flüssigem Kühlmittel durch den Statorkörper ausgestaltet sind, und mindestens zwei Rippen, die zum Ableiten von Wärme von dem Statorkörper mittels eines gasförmigen Kühlmittels ausgestaltet sind, wobei jeder der mindestens zwei Öffnungen mindestens eine Rippe der mindestens zwei Rippen zur Kühlung des Stators zugeordnet ist.
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Das beschriebene Kühlsystem ermöglicht einen sehr unaufwändigen und kostengünstigen Aufbau des Kühlsystems in einem Stator und damit der zugehörigen elektrischen Maschine. Das Kühlsystem ist zum einen sehr vorteilhaft ausgestaltet, da die Kühlkanäle und Kühlrippen des Kühlsystems entlang des Umfangs homogen verteilt angeordnet sind. Zum anderen realisiert die Konstruktion des Kühlsystems den bestmöglichen Kontakt zwischen einem Stator, insbesondere einem volllaminierten Stator, und dem Kühlsystem. Dadurch ist eine sehr effiziente Kühlung des Stators für eine elektrische Maschine möglich. In Folge dessen kann das erzielbare Drehmoment der elektrischen Maschine in Bezug auf den inneren Durchmesser der Öffnungen zum Leiten des Kühlmittels und die jeweils erforderliche Belastung der elektrischen Maschine maximiert werden.
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Das Kühlsystem ermöglicht eine Kühlung mit Hilfe von flüssigem Kühlmittel. Zudem ist der Stator für das Kühlsystem derart ausgestaltet, dass eine Kühlung des Stators sowohl mit Hilfe von flüssigem Kühlmittel als auch mit gasförmigem Kühlmittel, insbesondere Luft, erfolgt. Dabei ist der Stator derart ausgestaltet, dass Wärme, die nicht von dem flüssigen Kühlmittel abgeführt wird, entlang des Umfangs des Stators homogen verteilt wird und/oder homogen durch das gasförmige Kühlmittel abgeführt werden kann. Dies kann durch natürliche Konvektion erfolgen. Ein solches Kühlsystem ist insbesondere für ein flüssiges Kühlmittel, insbesondere Wasser oder Öl, verwendbar. Zumindest ein Teil der Kühlkanäle im Inneren des Stators kann jedoch stattdessen für eine lüftergekühlte Variante der elektrischen Maschine verwendet werden.
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Ein zusätzlicher Vorteil des Kühlsystems besteht darin, dass das Kühlsystem eine unaufwändig montierbare und sehr zuverlässige Verbindung zwischen den einzelnen Kühlkanälen und zwischen Kühlkanälen und Stator ermöglicht. Dabei sind auch Standardverbindungselemente verwendbar. Für die Montage des Kühlsystems ist daher keine komplexe Technologie erforderlich. Dadurch werden die Kosten für die Herstellung des Kühlsystems und damit der elektrischen Maschine geringgehalten.
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Außerdem können die Kühlkanäle je nach Bedarf miteinander verbunden werden. Dadurch besteht eine hohe Flexibilität für die Gestaltung des Kühlkreislaufes für das flüssige Kühlmittel durch den Stator. Dadurch sind Anforderungen an das Kühlsystem in Bezug auf den erforderlichen minimalen Kühlmittelfluss und den maximal zulässigen Druckabfall im Kühlsystem problemlos einhaltbar.
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Zusätzlich dazu können zumindest einige Teile des Kühlsystems mit Kunststoff hergestellt werden, auch wenn die Kühlkanäle im Blechpaket des Stators aus Metall, gefertigt sind. Beispielsweise können Teile von Kanalverbindern zum Verbinden der Kühlkanäle sowie für Anschlüsse zum Einlass des Kühlmittels in das Kühlsystem oder zum Auslass des Kühlmittels aus dem Kühlsystem aus Kunststoff sein. Dies ist sehr vorteilhaft, da Verbindungen aus Kunststoff, insbesondere aus Polymermaterial, viel kostengünstiger sind (um 40-60%) als Verbindungen aus Metall. Noch dazu sind Verbindungen aus Kunststoff deutlich unaufwändiger zu montieren als Metallverbinder.
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Darüber hinaus ist es hinsichtlich des Kühlsystems vorteilhaft, dass die Kunststoffteile auch hinsichtlich der Entwicklung einer galvanischen Zelle im Kühlsystem neutral sind. Infolgedessen können die Kunststoffe, insbesondere Polymere, problemlos in Kontakt mit einem der Metallmaterialien im Kühlsystem verwendet werden.
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Ein weiterer Vorteil des Kühlsystems besteht darin, dass Elemente des Kühlsystems aus Kunststoff ein viel geringeres Gewicht haben im Vergleich zu einer Ausführung, bei der die Elemente für das Kühlsystem nur oder zumindest teilweise aus Metall gefertigt wären. Dadurch wird auch das Endgewicht der elektrischen Maschine reduziert. Dies bringt für die Montage und den Betrieb der elektrischen Maschine und/oder einer übergeordneten Anlage viele Vorteile.
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Andere vorteilhafte Ausgestaltungen des Kühlsystems sind in den abhängigen Ansprüchen angegeben.
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Bei dem zuvor beschriebene Kühlsystem kann jede der mindestens zwei Öffnungen zur Aufnahme eines Kühlkanals ausgestaltet sein. Zusätzlich oder alternativ kann jede der mindestens zwei Öffnungen mit einer der mindestens zwei Rippen verbunden sein.
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Möglicherweise ist die Anzahl der mindestens zwei Rippen größer als die Anzahl der mindestens zwei Öffnungen.
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Denkbar ist, dass die mindestens zwei Öffnungen beabstandet voneinander in einer Reihe um eine Mittelachse des Statorkörpers herum angeordnet sind. Zusätzlich oder alternativ kann der Statorkörper zwanzig Öffnungen oder vierundzwanzig Öffnungen oder sechsunddreizig Öffnungen aufweist.
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Die mindestens zwei Rippen können radial im Statorkörper angeordnet sein, wobei die mindestens zwei Rippen beabstandet voneinander in einer Reihe um eine Mittelachse des Statorkörpers herum angeordnet sind.
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Alle Öffnungen der mindestens zwei Öffnungen können um denselben Winkel voneinander beabstandet sein, wobei alle Rippen der mindestens zwei Rippen um denselben Winkel voneinander beabstandet sind.
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Das Kühlsystem hat möglicherweise zudem einen Kühlkanal, der in einer der mindestens zwei Öffnungen angeordnet ist, und mindestens eine Anpresseinrichtung zum Anpressen des Kühlkanals an eine Wandung der Öffnung. Hierbei kann die mindestens eine Anpresseinrichtung mindestens eine erste Öffnung zur Aufnahme eines ersten Befestigungselements zum Anpressen des Kühlkanals an die Wandung der Öffnung, und mindestens zwei zweite Öffnungen aufweisen zur Aufnahme eines zweiten Befestigungselements zum Anpressen der mindestens einen Anpresseinrichtung an den Statorkörper, wobei die mindestens eine erste Öffnung senkrecht zu jeder der mindestens zwei zweiten Öffnungen in der Anpresseinrichtung angeordnet ist.
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Möglich ist zudem, dass die mindestens eine Anpresseinrichtung mindestens zwei dritte Öffnungen aufweist, die jede zur Aufnahme von zwei Kühlkanälen ausgestaltet sind, wobei die zwei dritten Öffnungen beabstandet voneinander in einer Reihe um eine Mittelachse der Anpresseinrichtung herum angeordnet sind.
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Das Kühlsystem kann zudem mindestens einen Kanalverbinder zum flüssigkeitsdichten Verbinden von zwei Kühlkanälen aufweisen, wobei der mindestens eine Kanalverbinder zwei rohrförmige Verbindungselemente aufweist, die an ihrem einen Ende zum flüssigkeitsdichten Anschluss an einen Kühlkanal ausgestaltet sind und an ihrem anderen Ende zum flüssigkeitsdichten Anschluss an einen Schlauch ausgestaltet sind.
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Gemäß speziellen Ausführungsvarianten hat das Kühlsystem eine Vielzahl von Kühlkanälen, die mit den Kanalverbindern in einen Kühlkreislauf durch den Statorkörper verbunden sind, so dass ein Kühlmittel von einem Einlassanschluss zu einem Auslassanschluss den Statorkörper einmal oder zweimal in derselben Richtung durchläuft oder in der Mitte des Kühlkreislaufs die Richtung wechselt.
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Gemäß einer anderen Ausführungsvariante hat das Kühlsystem eine Vielzahl von Kühlkanälen, die mit den Kanalverbindern in zwei parallele Kühlhalbkreisläufe durch den Statorkörper verbunden sind.
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Das zuvor genannte Kühlsystem kann Teil eines Stators für eine elektrische Maschine sein, wobei der Stator mehrere Bleche hat, die einen laminierten Statorstapel bilden, und wobei der Statorstapel den Statorkörper bildet.
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Der zuvor genannte Stator kann Teil einer elektrischen Maschine sein, die zudem einen relativ zu dem Stator bewegbaren Rotor aufweist.
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Die zuvor genannte Aufgabe wird zudem durch ein Verfahren zum Herstellen eines Kühlsystems für einen Stator für eine elektrische Maschine nach Anspruch 15 gelöst. Das Verfahren hat die Schritte Einfügen je eines Kühlkanals in mindestens zwei Öffnungen eines Statorkörpers, so dass flüssiges Kühlmittel in einem der Kühlkanäle durch den Statorkörper leitbar ist, wobei jeder der mindestens zwei Öffnungen mindestens eine Rippe zur Kühlung des Stators zugeordnet ist und die mindestens zwei Rippen zum Ableiten von Wärme von dem Statorkörper mittels eines gasförmigen Kühlmittels ausgestaltet sind, und Verbinden von jeweils zwei Kühlkanälen in ein Kühlsystem, bei dem mindestens zwei Rippen zum Ableiten von Wärme von dem Statorkörper mittels eines gasförmigen Kühlmittels ausgestaltet sind.
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Das Verfahren erzielt die gleichen Vorteile, wie sie zuvor in Bezug auf das Kühlsystem genannt sind.
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Weitere mögliche Implementierungen der Erfindung umfassen auch nicht explizit genannte Kombinationen von zuvor oder im Folgenden bezüglich der Ausführungsbeispiele beschriebenen Merkmale oder Ausführungsformen. Dabei wird der Fachmann auch Einzelaspekte als Verbesserungen oder Ergänzungen zu der jeweiligen Grundform der Erfindung hinzufügen.
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Nachfolgend ist die Erfindung unter Bezugnahme auf die beiliegende Zeichnung und anhand von Ausführungsbeispielen näher beschrieben. Es zeigen:
- 1 ein Blockschaltbild einer elektrischen Maschine gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel;
- 2 eine dreidimensionale Außenansicht eines Stators der elektrischen Maschine von 1;
- 3 eine dreidimensionale Vorderansicht des Stators von 2, bei der ein Teil des Kühlsystems gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel sichtbar ist;
- 4 eine dreidimensionale Teilseitenansicht des Stators von 3;
- 5 eine dreidimensionale Teilrückansicht des Stators von 2, bei der ein anderer Teil des Kühlsystems gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel sichtbar ist;
- 6 eine dreidimensionale Ansicht des Aufbaus der Kühlkanäle des Kühlsystems gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel;
- 7 einen Querschnitt des Stators der elektrischen Maschine gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel;
- 8 eine dreidimensionale Ansicht einer Anpresseinrichtung des Kühlsystems gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel;
- 9 bis 12 jeweils ein Schaubild zur Veranschaulichung der möglichen Flussrichtungen des Kühlmittels in dem Kühlsystem gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel;
- 13 und 14 jeweils eine dreidimensionale Ansicht von Kanalverbindern und Befestigungselementen des Kühlsystems gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel;
- 15 einen Querschnitt eines Statorkörpers der elektrischen Maschine gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel;
- 16 eine dreidimensionale Vorderansicht eines Stators mit dem Statorkörper von 15, bei der ein Teil des Kühlsystems gemäß dem zweiten Ausführungsbeispiel sichtbar ist;
- 17 ein Detail von 16;
- 18 eine dreidimensionale Ansicht eines Befestigungselements zur Befestigung der Kühlkanäle an dem Stator der elektrischen Maschine gemäß dem zweiten Ausführungsbeispiel; und
- 19 einen Querschnitt eines Statorkörpers der elektrischen Maschine gemäß einem dritten Ausführungsbeispiel.
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In den Figuren sind gleiche oder funktionsgleiche Elemente, sofern nichts anderes angegeben ist, mit denselben Bezugszeichen versehen.
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1 zeigt sehr schematisch eine Anlage 1 mit einer elektrischen Maschine 10. Die elektrische Maschine 10 hat eine Sensorvorrichtung 20 und ein bewegliches Element 30, das mit der elektrischen Maschine 10 in eine Bewegung versetzt werden kann.
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Die elektrische Maschine 10 ist hier als Beispiel als eine Rotationsmaschine dargestellt, die das bewegliche Element 30 in eine Rotation um die Achse der elektrischen Maschine 10 bewegt. Die elektrische Maschine 10 kann jedoch mit einer Mechanik, insbesondere einem Getriebe oder einer Zahnstange gekoppelt sein, die das bewegliche Element 30 in eine lineare Bewegung, insbesondere eine Translationsbewegung, bewegt. Als eine andere Alternative kann die elektrische Maschine 10 ein Generator zum Erzeugen von elektrischem Strom sein. Die elektrische Maschine 10 kann eine Gleichstrommaschine oder eine Wechselstrommaschine sein. Insbesondere ist die elektrische Maschine eine Synchronmaschine. Insbesondere ist die elektrische Maschine eine Asynchronmaschine. Insbesondere ist die elektrische Maschine ein elektromagnetischer Aktuator, beispielsweise ein Stellglied zum Öffnen oder Schließen eines Deckels oder eines Ventils oder zum Verschieben einer Schubstange oder sonstiger Aufgaben für einen Aktuator.
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Die Anlage 1 kann eine Fördervorrichtung zum Transportieren eines Objekts sein oder umfassen, wie es in der Automobilindustrie oder der weißen Ware verwendet wird.
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Insbesondere ist die Anlage 1 eine Zentrifuge. Alternativ kann die Anlage 1 ein Mischer sein. Oder die Anlage 1 ist oder umfasst eine bewegliche Vorrichtung zum Bewegen eines Bauteils oder Werkstücks und / oder ein Werkzeug zum Bearbeiten des Werkstücks. Die Anlage 1 kann jedoch eine beliebige andere Vorrichtung zum Bewegen eines Objekts sein oder umfassen.
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Falls in der elektrischen Maschine 10 von 1 geeignete Magnetfelder erzeugt werden, ist ein Rotor 11 relativ zu einem Stator 12 um eine Maschinenachse oder Maschinenwelle 13 in einer Drehrichtung TR drehbar. Die Drehrichtung TR des Rotors 11 ist nur als Beispiel gezeigt und kann stattdessen, zumindest zeitweise, umgekehrt werden.
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Die Achse der Maschinenwelle 13 fällt im vorliegenden Beispiel mit der Achse der elektrischen Maschine 10 zusammen. Hierbei wird der Stator 12 von einer Stützvorrichtung 15 gestützt und ist an der Stützvorrichtung 15 angeordnet. Der Stator 12 ist aus magnetischem Material, insbesondere ferromagnetischem Material, hergestellt. Der Stator 12 kann ein Statorstapel sein, der mehrere laminierte Bleche 1200 umfasst, die aus dem magnetischem Material, insbesondere ferromagnetischem Material, hergestellt sind. Das ferromagnetische Material ist beispielsweise Stahl, insbesondere Edelstahl, oder Aluminium bestehen.
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Die Oberflächen der laminierten Bleche 1200 können senkrecht zu der Maschinenwelle 13 ausgerichtet sein. Insbesondere können die Oberflächen der laminierten Bleche 1200 parallel zu dem Durchmesser der Welle 13 angeordnet sein, auch wenn dies in 1 nicht gezeigt ist.
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Somit können die laminierten Bleche 1200 parallel zur Achse oder Welle 13 der elektrischen Maschine 10 ausgerichtet sein.
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Die Sensorvorrichtung 20 ist konfiguriert, um mindestens eine Charakteristik der elektrischen Maschine 10 zu erfassen, wie zum Beispiel die Betriebstemperatur, die Position des Rotors 11 relativ zum Stator, die Drehzahl des Rotors 11, den Maschinenstrom, usw.
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2 zeigt den Stator 12 in einer Außenansicht genauer. Der Stator 12 hat einen Statorkörper 120, eine erste Abdeckeinrichtung oder Abschirmeinrichtung 121, eine zweite Abdeckeinrichtung oder Abschirmeinrichtung 122 und ein Kühlsystem 40. Der Betrieb des Kühlsystems 40 kann auf der Basis eines Erfassungsergebnisses der Sensorvorrichtung 20 von 1 gesteuert werden.
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Der Stator 12 hat im vorliegenden Beispiel eine nahezu kubische Form mit einer zylindrischen Durchgangsöffnung für den Rotor 11 von 1. Die laminierten Bleche 1200 können senkrecht zu der Durchgangsöffnung ausgerichtet sein, die für den Rotor 11 vorgesehen ist. Der Stator 12 ist ein in zwei Richtungen symmetrischer Körper.
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Der Statorkörper 120 von 2 hat zumindest ein laminiertes Blech 1200, wobei zwei Bleche 1200 entlang zumindest eines Teils der Maschinenachse 13 (1) aneinander gestapelt sind, wie für einen laminierten Stator üblich. Das Kühlsystem 40 umfasst Komponenten des Statorkörpers 120, wie nachfolgend beschrieben. Zudem hat das Kühlsystem 40 in 2 eine erste Anpresseinrichtung 41, eine zweite Anpresseinrichtung 42, und mindestens einen Anschluss 401, 402 für einen Einlass von flüssigem Kühlmittel 406 in das Kanalsystem des Kühlsystems 40 und/oder zum Auslass von flüssigem Kühlmittel 406 aus dem Kanalsystem des Kühlsystem 40. Ist nur ein Anschluss 401, 402 vorgesehen, kann der Anschluss 401, 402 ein zweigeteilter Anschluss ein, der sich dann in die Kühlkanäle 403 verzweigt. Es können beliebig viele Anschlüsse 401, 402 vorhanden sein. Mindestens einer davon kann als Reserve oder Wartungsanschluss genutzt werden und bei Bedarf mit einem Blindstopfen verschlossen werden.
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Zusätzlich ist in dem Statorkörper 406 ein gasförmiges Kühlmittel 406A vorhanden. Das gasförmige Kühlmittel 406A ist insbesondere Luft. Das flüssige Kühlmittel 406 ist insbesondere Wasser oder Öl. Zumindest ein Teil der Kühlkanäle 403 im Inneren des Stators 12 können jedoch stattdessen für eine lüftergekühlte Variante der elektrischen Maschine verwendet werden.
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Die erste Anpresseinrichtung 41 ist zwischen dem Statorkörper 120 und der ersten Abschirmeinrichtung 121 angeordnet. Die zweite Anpresseinrichtung 42 ist zwischen dem Statorkörper 120 und der zweiten Abschirmeinrichtung 122 angeordnet. Die erste und zweite Anpresseinrichtung 41, 42 können insbesondere Gleichteile sein. In jeder der ersten und zweiten Anpresseinrichtung 41, 42 sind Öffnungen 411 vorgesehen. Die Öffnungen 411 sind beabstandet voneinander am Umfang der jeweiligen Anpresseinrichtung 41, 42 angeordnet. Die Öffnungen 411 sind beabstandet voneinander in einer Reihe angeordnet. Der Übersichtlichkeit halber sind in 2 nicht alle Öffnungen 411 mit einem Bezugszeichen versehen.
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Alle anderen Komponenten des Kühlsystems 40 sind in den Abschirmeinrichtung 121, 122 aufgenommen und daher in 2 nicht sichtbar.
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Wie in 3 gezeigt, hat das Kühlsystem 40 zudem eine Vielzahl von Kühlkanälen 403. Die Kühlkanäle 403 können als Rohr, insbesondere Rundrohr oder Mehrkantrohr, ausgebildet sein. Die Kühlkanäle 403 sind in die Anpresseinrichtungen 41, 42 und den Statorkörper 120 montiert. Dies ist noch genauer in 4 gezeigt. Gemäß 3 und 4 sind die Kühlkanäle 403 durch die Anpresseinrichtungen 41, 42 und den Statorkörper 120 gesteckt. Die Kühlkanäle 403 sind möglichst parallel zu der Maschinenwelle (1) in den Anpresseinrichtungen 41, 42 und dem Statorkörper 120 montiert.
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Die Kühlkanäle 403 sind an einer ersten Stirnseite des Stators 12, insbesondere des Statorkörpers 120, mit Kanalverbindern 404 verbunden, wie in 3 und 4 gezeigt. Die Kühlkanäle 403, insbesondere jeder der Kühlkanäle 403, ragen an beiden Enden des Statorkörpers 120 aus dem Statorkörper 120 und der daran angeordneten Anpresseinrichtungen 41, 42 heraus. Dies ist auch aus einer Zusammenschau mit 5 ersichtlich, in welcher die Draufsicht auf die Anpresseinrichtung 42 und die zweite Stirnseite des Stators 12 gezeigt ist.
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Die Kühlkanäle 403 ragen an der zweiten Stirnseite des Stators 12, insbesondere des Statorkörpers 120 teilweise aus dem Stator 12 heraus, wie auf der linken Seite in 3 und in der Draufsicht auf die Anpresseinrichtung 42 in 5 gezeigt. Die Kühlkanäle 403 sind bei dem Beispiel von 3 als U-förmige Kanäle ausgeführt. In 3 sind die Böden 405 der U-förmigen Kühlkanäle 403 auf der linken Seite des Stators 12 angeordnet. Dadurch sind die Kühlkanäle 403 besonders schnell in den Statorkörper 120 montierbar. Die Länge der Böden 405 der Kühlkanäle 403 des Stators 12 kann unterschiedlich sein. Alternativ kann zumindest ein Teil von geraden Kühlkanälen 403, anstelle der U-förmigen Böden 405, mit Kanalverbindern 404 verbunden sein. Dadurch ist eine flexiblere Wahl der Anordnung der Kühlkreisläufe durch den Statorkörper 12 möglich. Dies ist anhand von 9 bis 12 noch genauer beschrieben.
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Der Übersichtlichkeit halber sind in 3 bis 5 nicht alle Kühlkanäle 403 und alle Kanalverbinder 404 mit einem Bezugszeichen versehen. Die Form der Kühlkanäle 403 und die Form der Verbinder 404 ist, zumindest zur flüssigkeitsdichten Verbindung der Kühlkanäle 403 und der Kanalverbinder 404, aneinander angepasst.
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Gemäß 6 bilden die Kühlkanäle 403 mit den Kanalverbindern 404 das Kanalsystem des Kühlsystems 40. Das Kanalsystem von 6 ist nur an den Anschlüssen 401, 402 geöffnet. Somit kann das Kühlmittel 406 das Kanalsystem des Kühlsystems 40 durchströmen. Bei dem Beispiel von 6 ist nur ein Kreislauf des Kühlsystems 406 durch den Statorkörper 120 vorhanden. Dabei ist jeder Kühlkanal 403 mittels den Verbindern 404 der Reihe nach verbunden. Das Kühlmittel 406 kann den Kühlkreislauf des Kanalsystems von 6 im Uhrzeigersinn oder gegen den Uhrzeigersinn durchlaufen.
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Je nach Anordnung der Kanalverbinder 404 an den Kühlkanälen 403, können verschiedene Durchströmungsvarianten für das Kanalsystem des Kühlsystems 40 realisiert werden. Dies ist nachfolgend anhand von 9 bis 12 genauer beschrieben.
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Die Kühlkanäle 403 können aus einem ersten Material hergestellt sein, beispielsweise Metall, insbesondere Stahl, Edelstahl, Kupfer, Aluminium usw. Anstelle von Kanalverbindern 404, können mindestens zwei der Kühlkanäle 403 durch Schweißen miteinander verbunden werden. Hierbei ist ein Schutzgasschweißverfahren verwendbar, insbesondere Orbitalschweißen. Dabei wird ein verwendeter Lichtbogen maschinell ohne Unterbrechung 360 Grad um ein offenes Ende des Kühlkanals 403 herumgeführt.
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Die Kanalverbinder 404 können aus einem zweiten Material, beispielsweise Stahl, insbesondere Edelstahl, Kupfer, Aluminium, Messing, Kunststoff oder Kunststoffmaterialien, hergestellt sein. Gegebenenfalls ist ein Spritzgießverfahren verwendbar. Somit ist für das Kühlsystem 40 ein zweites Material, das sich von dem ersten Material unterscheidet, das für die Kühlkanäle 403 verwendet wird, für Verbindungen zwischen den Kühlkanälen 47 verwendbar.
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Alternativ besteht mindestens einer der Verbinder 404 aus zwei verschiedenen Materialien. Das Grundmaterial ist das oben erwähnte zweite Material, wie beispielsweise Kunststoff, wie beispielsweise Polymer, insbesondere Thermoplast, Duroplast oder Elastomer usw. In das Grundmaterial sind Einsätze aus dem oben erwähnten ersten Material, wie Metall, insbesondere Stahl, Edelstahl, Kupfer, Aluminium, Messing, usw., als Metalleinsätze und / oder Kompressionsbegrenzer integriert.
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Ein solcher Verbinder 404 kann beispielsweise mit einem Spritzgießverfahren hergestellt werden. Der Kühlkanal 403 wird hierfür in ein Werkzeug für den Spritzgießprozess eingesetzt und überformt, um ein Endprodukt zu ergeben, wie in 3 bis 6 gezeigt.
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Ist zumindest ein Teil der Kühlkanäle 403 nicht als U-förmige Kanäle ausgeführt, sondern als gerade Kanäle, kann das Kühlsystem 40 zumindest in Bezug auf beispielsweise die U-förmigen Böden stattdessen mit Kanalverbindern 404 und die Kühlkanäle 403 teilweise zusammengebaut werden, wie in 6 gezeigt. Dann kann das teilweise zusammengebaute Kühlsystem 40 an dem Stator 12 montiert werden. Hierbei werden die Kühlkanäle 403 in die Öffnungen 125 des Stators 12 eingeführt, wie dies in 3 bis 5 gezeigt ist. Alternativ können die Kühlkanäle 403 zuerst in die Öffnungen 125 des Stators 12 eingeführt werden, und dann können die Kanalverbinder 404 mit den Kühlkanälen 403 verbunden werden.
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7 zeigt den Statorkörper 120 als hohlzylindrischen Körper im Querschnitt. Der Statorkörper 120 kann eine Vielzahl von laminierten Blechen 1200 haben. Die Bleche 1200 haben alle denselben Querschnitt und sind als Stapel aneinander angeordnet. Der Stapel hat dieselbe Achse 13A, wie die Bleche 1200 bzw. der Statorkörper 120.
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Der Querschnitt des Statorkörpers 120 ist zur Montage des Kanalsystems des Kühlsystems 40 in dem Statorkörper 120 ausgestaltet. Der Statorkörper 120 ist ein symmetrischer Körper, der insbesondere zu seiner Mittelachse 13A symmetrisch ausgestaltet ist. Die Mittelachse 13A entspricht dem Montageort für die Achse der Maschinenwelle 13. Der Statorkörper 120 hat einen Außenrahmen 121, einen Innenzylinder 122, eine Vielzahl von Zähnen 123, die in Umfangsrichtung des Innenzylinders 122 durch Zwischenräume 124 beabstandet sind, sowie Öffnungen 125 und Rippen 126, 127, die durch Hohlräume 128 beabstandet sind. Die Zähne 123 kragen aus dem Innenzylinder 122 radial nach innen zu der Achse des Innenzylinders 122 aus. Die Achse des Innenzylinders 122 entspricht der Mittelachse 13A des Statorkörpers 120. In dem Innenzylinder 122 kann der Rotor 11 von 2 aufgenommen sein, wie zuvor beschrieben. An den Zähnen 123 sind nicht dargestellte Spulen montierbar. Die Spulen können zumindest teilweise in den Zwischenräumen 124 zwischen den Zähnen 123 aufgenommen sein. Der Übersichtlichkeit halber sind in 7 nur einige der Komponenten 121 bis 128 des Statorkörpers 120 mit einem Bezugszeichen versehen.
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Der Außenrahmen 121 schließt den Statorkörper 120 radial nach außen ab, so dass der Statorkörper 120 radial ein nach außen geschlossener Körper ist. Der Außenrahmen 121 hat bei dem Beispiel von 7 einen achteckigen Querschnitt. Der Außenrahmen 121 bildet ein Quadrat mit abgeschrägten Ecken. Der Außenrahmen 121 ist mittels der Öffnungen 125 und den Rippen 126, 127 mit dem Innenzylinder 122 verbunden. Die Rippen 126, 127 sind jeweils radial zum Innenzylinder 122 ausgerichtet. Jede der Rippen 126 ist über eine Öffnung 125 mit dem Innenzylinder 122 verbunden. Jede der Rippen 127 ist direkt mit dem Innenzylinder 122 verbunden. Somit ist jede der Rippen 126, 127 zwischen dem Innenzylinder 122 und dem Außenrahmen 121 angeordnet. Zudem ist jede der Öffnungen 125 zwischen dem Innenzylinder 122 und dem Außenrahmen 121 angeordnet.
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Die Rippen 126, 127 haben bei dem Beispiel von 7 einen etwa keulenförmigen oder nach außen gewölbten (konvexen) Querschnitt. Alternativ haben die Rippen 126, 127 einen anderen Querschnitt, beispielsweise einen etwa rechteckigen Querschnitt oder einen nach innen gewölbten (konkaven) Querschnitt. Insbesondere ein nach außen gewölbter (konvexer) Querschnitt der Rippen 126, 127 erhöht die mechanische Stabilität der Rippen 126, 127 und den Bereich, der für die Wärmeableitung zur Verfügung steht. Die Rippen 126, 127 sind gleichmäßig entlang des Umfangs des Statorkörpers 120 verteilt angeordnet.
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Die Öffnungen 125 sind gleichmäßig entlang des Umfangs des Statorkörpers 120 verteilt angeordnet. Zwischen zwei Öffnungen 125, insbesondere deren Mittelachse, ist ein Winkel α vorhanden. Zudem ist zwischen zwei Rippen 126, insbesondere deren Mittelachse, der Winkel α vorhanden. Zudem ist zwischen zwei Rippen 127, insbesondere deren Mittelachse, der Winkel α vorhanden. Zwischen einer Rippe 126, insbesondere deren Mittelachse, einer Rippe 127, insbesondere deren Mittelachse, ist ein Winkel β vorhanden. Hierbei gilt β = α/2.
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Bei dem Beispiel von 7 haben alle Öffnungen 125 einen kreisrunden Querschnitt. Die Öffnungen 125 sind Öffnungen 125 eines Hohlzylinders in dem Statorkörper 120. Zudem sind bei dem Beispiel von 7 jeweils abwechselnd entlang des Umfangs des Innenzylinders 122 eine Öffnung 125 verbunden mit einer Rippe 126 neben einer Rippe 127 angeordnet. In dem Statorkörper 120 sind zwanzig Öffnungen 125 vorgesehen. Somit können in dem Statorkörper 120 zwanzig Kühlkanäle 403 angeordnet werden.
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In dem Statorkörper 120 sind die Öffnungen 125 und die korrespondierenden Lüftungskühlrippen 126, 127 gleichmäßig und gleichwinklig über den gesamten Umfang des Querschnitts des Statorkörpers 120 verteilt. Mit anderen Worten, die Öffnungen 125 sind äquidistant entlang des Innenzylinders 122 angeordnet.
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8 zeigt als Beispiel die Anpresseinrichtung 41 genauer. Die Anpresseinrichtung 41 ist ein symmetrischer Körper, der zu seiner Mittelachse 13B symmetrisch ausgestaltet ist. Die Anpresseinrichtung 41 ist ein in zwei Richtungen symmetrischer Körper. Die Anpresseinrichtung 42 kann auf dieselbe Weise wie die Anpresseinrichtung 41 ausgestaltet sein. Die Anpresseinrichtung 41 ist aus Metall, beispielsweise Stahl, insbesondere Edelstahl, gefertigt.
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Die Anpresseinrichtung 41 ist ein plattenförmiger Körper. Die Anpresseinrichtung 41 hat zusätzlich zu den ersten Öffnungen 411 eine Vielzahl von anderen Öffnungen 412 bis 417. Die zweiten bis siebenten Öffnungen 412 bis 417 sind zwischen einem Außenrahmen 418 und einem Innenring 419 der Anpresseinrichtung 41 angeordnet.
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Der Außenrahmen 418 und der Innenring 419 sind in Größe und Form an die Größe und Form des Statorkörpers 120 von 7 angepasst. Somit hat der Außenrahmen 418 bei dem Beispiel von 8 einen achteckigen Querschnitt. Der Außenrahmen 418 bildet ein Quadrat mit abgeschrägten Ecken. Der Durchmesser des Innenrings 419 ist etwas großer als der Durchmesser des Innenzylinders 122 des Statorkörpers 12 von 7.
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Wie in 8 auf der rechten Seite zu sehen, sind die ersten Öffnungen 411 jeweils Durchgangsöffnungen. Zudem sind die zweiten bis siebenten Öffnungen 412 bis 417 jeweils Durchgangsöffnungen. Der Querschnitt jeder der Öffnungen 412 bis 417 ist senkrecht zu dem Querschnitt jeder der Öffnungen 411 angeordnet. Somit ist auch die Achse jeder der Öffnungen 412 bis 417 senkrecht zu der Achse jeder der Öffnungen 411 angeordnet.
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Die zweiten Öffnungen 412 dienen zur Befestigung der Anpresseinrichtung 41 an dem Statorkörper 120. Dies ist in Bezug auf 13 und 14 genauer beschrieben.
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Die dritten Öffnungen 413 sind als Langlöcher entlang des Innenrings 419 angeordnet. Die dritten Öffnungen 413 dienen zur Aufnahme der Kühlkanäle 403.
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Die vierten Öffnungen 414 sind an den Ecken der Anpresseinrichtung 41 angeordnet. Die vierten Öffnungen 414 sind zur Belüftung des Statorkörpers 120 verwendbar. An den beiden Seiten einer vierten Öffnung 414 ist jeweils eine zweite Öffnung 412 angeordnet.
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Die fünften und sechsten Öffnungen 415, 416 sind ebenfalls entlang des Umfangs des Innenrings 419 angeordnet. Eine fünfte Öffnung 415 ist zwischen zwei dritten Öffnungen 413 angeordnet. Die fünften Öffnungen 415 sind am Umfang des Innenrings 419 angeordnet. Eine sechste Öffnung 416 ist zwischen zwei dritten Öffnungen 413 angeordnet. Die sechsten Öffnungen 416 sind am Umfang des Innenrings 419 angeordnet. Jeweils eine siebente Öffnung 417 ist zwischen einer dritten Öffnung 413 und dem Außenrahmen 418 angeordnet. Jede zweite Öffnung 412 ist zwischen einer vierten Öffnung 414 und einer siebenten Öffnung 417 angeordnet.
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In jeder der Anpresseinrichtungen 41, 42 ist für jeweils einen Kühlkanal 403 eine erste Öffnung 411 vorgesehen. Die Öffnungen 411 ragen in die zugehörige Anpresseinrichtung 41, 42 hinein. Die Öffnungen 411 sind als Durchgangsöffnung ausgestaltet, wie zuvor erwähnt.
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Sind in den dritten Öffnungen 413 der Anpresseinrichtung 41 Kühlkanäle 403 aufgenommen, wie in 3 bis 6 zuvor gezeigt, können die ersten Öffnungen 411 verwendet werden, um die Kühlkanäle 403 an dem Statorkörper 120 zu befestigen. Hierfür wird ein Befestigungselement in eine erste Öffnung 411 eingeführt und bis an die Außenwand des Kühlkanals 403 geführt. Dadurch kann der Kühlkanal 403 an eine Wand der Öffnung 125 des Statorkörpers 120 gepresst werden. Je nach Ausgestaltung der Anpresseinrichtung 41 wird der Kühlkanal 403 auch an den Innenring 419 der Anpresseinrichtung 41 gepresst. Dies ist in Bezug auf 13 und 14 noch genauer dargestellt und beschrieben.
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Je nach Bedarf können die Kanalverbinder 404 derart angeordnet und ausgestaltet werden, insbesondere zumindest teilweise unterschiedlich angeordnet sein, um die Wärmeableitung aus dem Statorkörper 120 in das Kühlsystem 40 zu beeinflussen.
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Alternativ zu der in 6 gezeigten Variante, zeigen 9 bis 12 andere Anordnungsvarianten für das Kanalsystem des Kühlsystems 40. Der Übersichtlichkeit halber sind in 9 bis 12 nicht alle Verbinder 404 der Kühlkanäle 403 zur Realisierung des gezeigten Flusses des Kühlmittels 406 eingezeichnet. Die Kühlkanäle 403 sind jeweils in den Öffnungen 413 der Anpresseinrichtung 41 angeordnet. Der Übersichtlichkeit halber sind auch die Kühlkanäle 403 und Öffnungen 413 in 9 bis 12 nicht alle mit einem Bezugszeichen versehen.
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9 zeigt eine Ausführungsvariante, bei der zwei Kreisläufe unter Verwendung der Anschlüsse 401, 402, der Kühlkanäle 403 und von Kanalverbindern 404 vorhanden sind. Der erste Kreislauf von 9 durch die Kanalverbinder 404 ist mit breiteren Pfeilen mit nur einer Pfeilspitze markiert, wobei die Pfeile an ihrem nicht mit der Pfeilspitze versehenen Ende konisch zulaufen. In dem ersten Kreislauf wird das Kühlmittel 406 mit Hilfe der Kanalverbinder 404 im Uhrzeigersinn durch den Stator 12 geleitet. Hierbei ist jeder zweite Kühlkanal 403 entlang der Reihe der Öffnungen 125 mit einem Kanalverbinder 404 verbunden. Der zweite Kreislauf ist mit dünneren, strichförmigen Pfeilen mit nur einer Pfeilspitze markiert. In dem zweiten Kreislauf wird das Kühlmittel 406 mit Hilfe der Kanalverbinder 404 gegen den Uhrzeigersinn durch den Stator 12 geleitet. Auf dem Weg durch das Kanalsystem des Kühlsystems 40 durchläuft das Kühlmittel 406 beide Kreisläufe nacheinander. Hierbei wechselt das Kühlmittel 406 seine Flussrichtung in der Mitte, also nach Durchlauf des ersten Kreislaufs. In 9 ist die Mitte oder die Trennung von erstem und zweitem Kreislauf mit einem Blockpfeil 409 markiert.
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Auf diese Weise lässt sich die beste Wärmeableitung von dem Stator 12 und somit eine Kühlung des Stators 12 erreichen.
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10 zeigt eine andere Ausführungsvariante, bei der zwei Kreisläufe unter Verwendung der Anschlüsse 401, 402, der Kühlkanäle 403 und der Kanalverbinder 404 vorhanden sind. Hierbei schließt sich der zweite Kreislauf (dünnere Pfeile) des Kühlmittels 406, der mit Hilfe der Kanalverbinder 404 erzielt wird, an den ersten Kreislauf (dickere Pfeile) des Kühlmittels 406 an, der mit Hilfe der Kanalverbinder 404, 405 erzielt wird. Das Kühlmittel 406 fließt somit zuerst durch den ersten Kreislauf und dann durch den zweiten Kreislauf. Beide Kreisläufe haben dieselbe Flussrichtung. Bei dem Beispiel von 9 fließt das Kühlmittel 406 dabei jeweils gegen den Uhrzeigersinn zu dem Anschluss 402. Jedoch können die Kühlkanäle 403 und Kanalverbinder 404 derart montiert sein, dass das Kühlmittel 406 jeweils im Uhrzeigersinn zu dem Anschluss 402 fließt.
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Bei der Ausführungsvariante von 10 wird eine gesamte Flusslänge in dem Kanalsystem des Kühlsystems 40 erreicht, die sich aus der längsten Flusslänge durch das gesamte Kanalsystem des Kühlsystems abzüglich einer Schleife errechnet. Eine Schleife wird aus zwei Kühlkanälen 403 und mindestens einem Kanalverbinder 404 gebildet.
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Auch auf diese Weise lässt sich eine gute Wärmeableitung von dem Stator 12 und somit eine gute Kühlung des Stators 12 erreichen.
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11 zeigt noch eine andere Ausführungsvariante, bei der das Kühlmittel 406 nach dem Anschluss 401 mit einem Verteiler 407 in zwei parallele Halbkreisläufe aufgeteilt ist. In dem ersten Halbkreislauf, der mit den Kühlkanälen 403 und den Kanalverbindern 404 gebildet ist, fließt das Kühlmittel 406 im Uhrzeigersinn zu dem Anschluss 402. In dem zweiten Halbkreislauf, der mit den Kühlkanälen 403 und den Verbindern 404 gebildet ist, fließt das Kühlmittel 406 gegen den Uhrzeigersinn zu dem Anschluss 402. An dem Anschluss 402 sind die zwei parallelen Halbkreisläufe mit einem Verbinder 408 zusammengeführt.
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Auch auf diese Weise lässt sich eine Wärmeableitung von dem Stator 12 und somit eine gute Kühlung des Stators 12 erreichen.
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12 zeigt noch eine andere Ausführungsvariante, bei der zwei Kreisläufe unter Verwendung der Anschlüsse 401, 402 vorhanden sind. Hierbei läuft das Kühlmittel 406 in zwei Kreisläufen nacheinander durch das Kanalsystem des Kühlsystems 40. Die beiden Kreisläufe haben dieselbe Flussrichtung. Der erste Kreislauf, der mit den Kühlkanälen 403 und den Kanalverbindern 404 gebildet ist, ist mit breiteren Pfeilen markiert. Der zweite Kreislauf, der mit den Kühlkanälen 403 und den Kanalverbindern 404 gebildet ist, ist mit dünneren, strichförmigen Pfeilen markiert. Bei dem Beispiel von 12 fließt das Kühlmittel 406 dabei jeweils im Uhrzeigersinn zu dem Anschluss 402. Jedoch können die Kühlkanäle 403 und Kanalverbinder 404 derart montiert sein, dass das Kühlmittel 406 jeweils gegen den Uhrzeigersinn zu dem Anschluss 402 fließt.
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Auch auf diese Weise lässt sich eine Wärmeableitung von dem Stator 12 und somit eine gute Kühlung des Stators 12 erreichen.
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13 zeigt einen Teil des Stators 12, an dem Befestigungselemente 4121 montiert sind. Jedes Befestigungselement 4121 ist in einer zweiten Öffnung 412 der Anpresseinrichtung 41 angeordnet. Zudem ist jedes Befestigungselement 4121 in einer zweiten Öffnung 412 der Anpresseinrichtung 42 angeordnet. Jedes der Befestigungselemente 4121 befestigt den Statorkörper 120 zwischen den zwei Anpresseinrichtungen 41, 42. Die Befestigungselemente 4121 können die Anpresseinrichtungen 41, 42 an den Statorkörper 120 anpressen.
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Zudem zeigt 13 Modifikationen für die Kanalverbinder 404. Hierbei sind drei Kanalverbinder 404 gezeigt, die an jeweils zwei Kühlkanälen 403 montiert sind. Die Kühlkanäle 403 sind zur Veranschaulichung in einem Teil des Statorkörpers 120 und dritten Öffnungen 413 der Anpresseinrichtungen 41, 43 montiert. Diese Anordnung ist bereits zuvor in Bezug auf 3 bis 5 beschrieben.
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Jeder Kanalverbinder 404 von 13 hat zwei Umlenkteile 4041 und ein Zwischenelement 4042. Jedes Umlenkteil 4041 ist bei dem Beispiel von 13 als Eckverbindungselement ausgestaltet. Jedes Umlenkteil 4041 ist rohrförmig ausgestaltet. An seinem ersten Ende ist das Umlenkteil 4041 zum flüssigkeitsdichten Anschluss eines Kühlkanals 403 an das Umlenkteil 4041 ausgestaltet. An seinem zweiten Ende ist das Umlenkteil 4041 zum flüssigkeitsdichten Anschluss eines Endes des Schlauchs 4041 an das Umlenkteil 4041 ausgestaltet. Jedes Umlenkteil 4041 von 13 ist aus Metall gefertigt. Jedes Umlenkteil 4041 kann ein Standardanschlussteil sein, das für hydraulische Komponenten verwendbar ist.
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Jedes Umlenkteil 4041 kann aus Metall, insbesondere Messing oder Edelstahl, usw., gefertigt sein, wie zuvor für die Kanalverbinder 404 beschrieben. Zumindest ein Teil der Zwischenelemente 4042 kann ein Schlauch oder Rohr oder Kanal aus Kunststoff sein oder einen solchen Schlauch oder Rohr oder Kanal aufweisen. Zumindest ein Teil der Zwischenelemente 4042 kann als Kanal aus Metall, beispielsweise Stahl, insbesondere Edelstahl, oder Kupfer, usw. gefertigt sein.
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Die Mindestlänge des Zwischenelements 4042 ist davon abhängig, welche Kühlkanäle 403 des Stators 12 der Kanalverbinder 404 verbinden soll. In 13 ist Zwischenelement 4042 aus Kunststoff gefertigt. Dadurch kann die Länge des Zwischenelements 4042 unaufwändig je nach Bedarf gewählt werden. Das Anpassen der Länge eines solchen Zwischenelements 4042 ist sehr unaufwändig. In Folge dessen sind die unterschiedlichen Durchflussvarianten für das Kühlmittel 406 im Kühlsystem 40, die zuvor in Bezug auf 9 bis 12 beschrieben wurden, mit sehr geringem Zeit- und Kostenaufwand herstellbar.
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Alternativ zu einem Umlenkteil 4041 kann der Verbinder 404 zumindest ein gerades Anschlusselement aufweisen. Ein solches Anschlusselement ist für zumindest einen der Anschlüsse 401, 402 (1) verwendbar. Ein solches Anschlusselement kann ein Standardanschlussteil sein, das für hydraulische Komponenten verwendbar ist.
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Alternativ zu dem Umlenkteil 4041 ist ein T-förmiges Anschlusselement verwendbar. Alternativ zu dem Umlenkteil 4041 ist ein Y-förmiges Anschlusselement verwendbar. Alle diese Anschlusselemente können Standardanschlussteile sein, die für hydraulische Komponenten verwendbar sind.
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14 zeigt zudem Befestigungselemente 4111, die in den Öffnungen 411 der Anpresseinrichtungen 41, 42 vorgesehen sind. Die Befestigungselemente sind insbesondere sechseckige Sockelkopfschrauben nach dem internationalen Standard ISO 4026 ausgeführt. Die Befestigungselemente 4111 dienen zum Fixieren der Kühlkanäle 403 an dem Statorkörper 120. Hierfür wird ein Befestigungselement 4111 in eine Öffnung 411 eingeführt und bis zu einem Kühlkanal 403 am anderen Ende der Öffnung 411 geführt, insbesondere gesteckt und/oder geschraubt. Somit kann in jede der Öffnungen 411 ein Befestigungselement 4111 eingeführt werden, um den zugeordneten Kühlkanal 403 mit dem Statorkörper 120 zu kontaktieren. Auf diese Weise können alle Kühlkanäle 403 an den Statorkörper 120 fixiert und an den Statorkörper 120 angepresst werden.
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Eine solche Konfiguration führt zu einer Verbesserung der Ableitung von Wärme aus dem Stator 12, die aufgrund von Materialverlusten des Stators 12, wie Kupferverlusten oder Eisenverlusten, im Betrieb der elektrischen Maschine 10 entstehen. Wärme, die nicht von dem flüssigen Kühlmittel 406 abgeführt wird, wird durch das gasförmige Kühlmittel 406A von den Kühlrippen 126, 127 abgeführt.
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Bei den Kanalverbindern 404 von 13 oder 14 unterscheidet sich die Länge der Zwischenelemente 4042 der einzelnen Kanalverbinder 404. Dadurch kann insbesondere eines der Kanalsysteme erzeugt werden, wie zuvor in Bezug auf 9, 10 und 12 beschrieben.
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Zumindest ein Teil der Zwischenelemente 4042 kann biegbar sein, insbesondere manuell, das heißt ohne Maschineneinsatz, biegbar. Dadurch sind die Zwischenelemente 4042 der einzelnen Kanalverbinder 404 bogenförmig oder geradlinig verlegbar, wie in 13 und 14 gezeigt.
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Infolgedessen ist ein Schweißen oder Löten der Kühlkanäle 403 und der Kanalverbinder 404 nicht erforderlich. Jedoch ist ein Schweißen oder Löten der Kühlkanäle 403 bei Bedarf möglich, wenn andere Verbinder 404 und/oder andere Zwischenelemente 4042 verwendet werden.
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Bei einem Verfahren zur Herstellung des Kühlsystems 40 werden die Kühlkanäle 403 in dem Statorkörper 120 angeordnet und mit den Verbindern 404 verbunden, wie in 3 bis 6 gezeigt und zuvor beschrieben. Alternativ ist eine Verbindung möglich, wie in Bezug in 9 bis 12 gezeigt und zuvor beschrieben. Zudem werden die Anschlüsse 401, 402 an das Kühlsystem 40 montiert. Zusätzlich ist es möglich, die Luftstellen, insbesondere die Hohlräume 128, zwischen den Blechen 1200 und den Kühlkanälen 403 des Kühlsystems 40 mit wärmeleitender Dichtungsmasse abzudichten. Die Dichtungsmasse kann Harz, insbesondere Epoxydharz, sein. Dadurch kann die Wärmeableitfähigkeit des Kühlsystems 40 noch weiter gesteigert werden.
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15 zeigt einen Stator 12A bzw. Statorkörper 120A gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel. Der Statorkörper 120A kann anstelle des Statorkörpers 120 des ersten Ausführungsbeispiels verwendet werden. Der Statorkörper 120A ist bis auf die nachfolgenden Unterschiede auf dieselbe Weise aufgebaut, wie zuvor in Bezug auf den Statorkörper 120 des ersten Ausführungsbeispiels beschrieben.
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Im Unterschied zu dem Statorkörper 120 des ersten Ausführungsbeispiels hat der Statorkörper 120A gemäß dem zweiten Ausführungsbeispiel vierundzwanzig Öffnungen 125. Somit können in dem Statorkörper 120 vierundzwanzig Kühlkanäle 403 angeordnet werden. Dadurch stehen mehr Kühlschleifen durch den Statorkörper 120A zur Verfügung. Die Öffnungen 125 sind gleichmäßig verteilt entlang des Innenzylinders 122, insbesondere äquidistant, angeordnet. Zudem sind Rippen 126A anstelle der Rippen 126 vorgesehen. Die Rippen 126A haben einen etwa rechteckigen Querschnitt. Die Rippen 126A haben entlang ihrer Länge jeweils dieselbe Breite. Jede der Rippen 126A ist über eine Öffnung 125 mit dem Innenzylinder 122 verbunden. Es sind keine Rippen 127 vorgesehen. Jedoch können optional zumindest einige Rippen 127 vorgesehen sein. Alternativ haben die Rippen 126A einen anderen Querschnitt, beispielsweise einen nach außen gewölbten (konvexen) Querschnitt oder einen nach innen gewölbten (konkaven) Querschnitt. Der Übersichtlichkeit halber sind in 15 nur einige der Komponenten 121 bis 126A und 128 des Statorkörpers 120A mit einem Bezugszeichen versehen.
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16 zeigt als Beispiel eine Anpresseinrichtung 41A an dem Statorkörper 120A genauer. Die Anpresseinrichtung 41A ist in einem Schnitt senkrecht zu der Achse der Anpresseinrichtung 41A dargestellt. Dadurch ist die Anordnung der ersten Öffnungen 411 zwischen dem Außenrahmen 418 und den Öffnungen 413 sichtbar. Die ersten Öffnungen 411 können ein Innengewinde aufweisen.
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Wie in 16 gezeigt, ist die Anpresseinrichtung 41A in ihrer Form an den Statorkörper 120A angepasst. Die Anpresseinrichtung 41A ist ein plattenförmiger Körper. Die Anpresseinrichtung 41A ist ein symmetrischer Körper. Die Anpresseinrichtung 41A ist ein in zwei Richtungen symmetrischer Körper.
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Die Anpresseinrichtung 41A ist bis auf die nachfolgenden Unterschiede auf dieselbe Weise aufgebaut, wie zuvor in Bezug auf die Anpresseinrichtung 41 des ersten Ausführungsbeispiels beschrieben. Die Anpresseinrichtung 42 für die andere Stirnseite des Statorkörper 120A kann auf dieselbe Weise wie die Anpresseinrichtung 41A ausgestaltet sein.
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Im Unterschied zu der Anpresseinrichtung 41 hat die Anpresseinrichtung 41A, anstelle von zwanzig Öffnungen 411, vierundzwanzig Öffnungen 411. Jedoch sind keine Öffnungen 414 bis 417 vorgesehen. Stattdessen sind mehr zweite Öffnungen 412 vorgesehen.
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Wie in 16 und in einem Detail davon in 19 dargestellt, sind die ersten Öffnungen 411 jeweils Durchgangsöffnungen. Zudem sind die zweiten und dritten Öffnungen 413 jeweils Durchgangsöffnungen. Der Querschnitt der Öffnungen 412, 413 ist senkrecht zu dem Querschnitt der Öffnungen 411 angeordnet. Im Übrigen gilt für die Ausgestaltung der Öffnungen 411 bis 413 dasselbe, wie zuvor zu der Anpresseinrichtung 41 beschrieben.
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In den dritten Öffnungen 413 sind in 16 und deren Detail in 17 jeweils Kühlkanäle 403 aufgenommen. Die Kühlkanale 403 sind mit Befestigungselementen 4111 in den Öffnungen 411 an den Innenzylinder 122 des Stators 12A, genauer des Statorkörpers 120A, gepresst.
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Gemäß 18 hat das Befestigungselement 4111 ein Außengewinde 4112, das in die Wand der Öffnung 411 eingreifen kann.
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Auch mit dem Statorkörper 120A und den zwei Anpresseinrichtungen 41A können die zuvor beschriebenen Vorteile des Kühlsystems 40 erzielt werden.
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19 zeigt einen Statorkörper 120B gemäß einem dritten Ausführungsbeispiel. Der Statorkörper 120B kann anstelle des Statorkörpers 120, 120A des ersten oder zweiten Ausführungsbeispiels verwendet werden. Der Statorkörper 120B ist bis auf die nachfolgenden Unterschiede auf dieselbe Weise aufgebaut, wie zuvor in Bezug auf den Statorkörper 120 oder 120A der vorangehenden Ausführungsbeispiele beschrieben.
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Im Unterschied zu dem Statorkörper 120A des zweiten Ausführungsbeispiels hat der Statorkörper 120B gemäß dem vorliegenden Ausführungsbeispiel sechsunddreizig Öffnungen 125. Somit können in dem Statorkörper 120 sechsunddreizig Kühlkanäle 403 angeordnet werden. Dadurch stehen mehr Kühlschleifen durch den Statorkörper 120B als bei dem Statorkörper 120A von 15 zur Verfügung. Die Öffnungen 125 sind gleichmäßig verteilt entlang des Innenzylinders 122, insbesondere äquidistant, angeordnet. Zudem sind Rippen 126B anstelle der Rippen 126A vorgesehen. Die Rippen 126B haben einen etwa rechteckigen Querschnitt. Die Rippen 126B haben entlang ihrer Länge jeweils dieselbe Breite. Jede der Rippen 126B ist über eine Öffnung 125 mit dem Innenzylinder 122 verbunden. Jedoch ist die Breite der Rippen 126B abhängig von der Länge der Rippen 126B. Je länger eine Rippe 126B ist, desto schmaler ist die Rippe 126B. Anders ausgedrückt, je kürzer eine Rippe 126B ist, desto breiter ist die Rippe 126B. An Öffnungen 125 in der Mitte einer Seitenlänge des Statorkörpers 120B, kann die Länge der Rippe 126B gegen Null gehen. Die Wärmeableitung erfolgt dann über den Außenrahmen 121 zu den anderen Rippen 126B.
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Auch bei dem Statorkörper 120B sind keine Rippen 127 vorgesehen. Jedoch können optional zumindest einige Rippen 127 vorgesehen sein.
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Alternativ haben die Rippen 126B einen anderen Querschnitt als in 19 gezeigt, beispielsweise einen nach außen gewölbten (konvexen) Querschnitt oder einen nach innen gewölbten (konkaven) Querschnitt. Der Übersichtlichkeit halber sind in 19 nur einige der Komponenten 121 bis 126A und 128 des Statorkörpers 120B mit einem Bezugszeichen versehen.
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Alle zuvor beschriebenen Ausgestaltungen der industriellen Anlage 1, der elektrischen Maschine 10, des Stators 12, 12A, 12B, des Kühlsystems 40 und des oben beschriebenen Verfahrens zum Herstellen des Kühlsystems 40 können einzeln oder in allen möglichen Kombinationen Verwendung finden. Insbesondere können alle Merkmale und/oder Funktionen der zuvor beschriebenen Ausführungsbeispiele beliebig kombiniert werden. Zusätzlich sind insbesondere folgende Modifikationen denkbar.
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Die in den Figuren dargestellten Teile sind schematisch dargestellt und können in der genauen Ausgestaltung von den in den Figuren gezeigten Formen abweichen, solange deren zuvor beschriebenen Funktionen gewährleistet sind.
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Die Anzahl der Kühlkanäle 403, die in einem Stator 12, 12A, 12B vorgesehen sind, ist willkürlich wählbar. Hierin kann mindestens einer der Verbinder 404 zwischen mindestens zwei Kühlkanälen 403 vorgesehen sein. Zu diesem Zweck kann die Form eines solchen Verbinders 404 angepasst werden, um die Anforderungen für eine kompakte Konstruktion des Stators 12, 12A, 12B und damit der elektrischen Maschine 10 am besten zu erfüllen.
