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Elektromotor mit Flüssigkeitskühlsystem und Verfahren zur Herstellung
des Kühlsystems Die Erfindung betrifft einen Elektromotor mit Flüssigkeitskühlsystem
und ein Verfahren zur Herstellung des Kühlsystems. Die Erfindung bezweckt, einen
Motor mit Kühlmantel zu schaffen, der möglichst geringe Ausmaße aufweist und einen
sehr innigen Kontakt zwischen dem Kühlmantel und dem elektrisch aktiven Eisen des
Motors, d. h. desjenigen des Ständers und des Läufers, gewährleistet, und zwar derart,
daß der Kühlmantel vollständig die zu kühlende Fläche umfaßt. Ferner soll ermöglicht
werden, den Kühlmantel aus nicht korrodierendem Metall oder sonstigem nicht korrodierendem
Material, wie z. B. Polyäthylen, an den Stellen herzustellen, an denen er mit der
Flüssigkeit in Berührung ist. Schließlich soll die Auswechslung des Kühlmantels
erleichtert werden, wenn sie erforderlich ist.
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Der Erfindung gemäß besteht das Kühlsystem aus einer aufgeblähten,
mehrschichtigen Einlage, deren Schichten sich innig an die begrenzenden Flächen
anpressen, wobei mindestens eine der begrenzenden Flächen mit Ausnehmungen versehen
ist, so daß die sich in die Ausnehmungen einlegende Schicht Durchlässe für die Kühlflüssigkeit,
also die Kühlkanäle bildet. Die Ausnehmungen können in der Innenfläche des Motorgehäuses
oder in der Außenfläche des Ständerblechpaketes oder in der an das Läuferblechpaket
grenzenden Außenfläche der Motorwelle liegen oder aber auch in der Innenfläche des
Motorgehäuses und der Außenfläche des Ständerblechpakets. Sie können dabei eine
kontinuierliche Mäander-, Zickzack-oder Schraubenform haben.
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Die Motorwelle kann dabei mit einer Bohrung zum Hindurchleiten der
Kühlflüssigkeit versehen sein, die mit mindestens zwei Durchlässen zu den Kühlkanälen
versehen ist, welche innerhalb aufgeblähter Doppelschichten gebildet sind, wobei
diese Doppelschichten zwischen dem Läuferblechpaket und der Motorwelle angebracht
sind.
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Bei der Herstellung des Kühlsystems wird erfindungsgemäß in der Weise
vorgegangen, daß in die Ausnehmungen eine Kombination zweier oder mehrerer konzentrischer
Schichten dünnen Materials eingelegt wird und daß ein Preßmittel zwischen diese
Schichten eingeführt wird, so daß sie sich unter der Wirkung des Preßmittels aufblähen
und an die ihre freie Bewegung begrenzende Fläche anlegen. Die Seiten und Enden
der die Einlage bildenden Schichten werden vor dem Aufblähen dicht miteinander verbunden.
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Mit dem Ausdruck »dünn« sind Schichten gemeint, die z. B. eine Wandstärke
von 0,5 mm aufweisen. Die Zeichnungen zeigen Ausführungsbeispiele des Erfindungsgegenstandes.
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Fig. 1 ist eine Seitenansicht des Motors mit Querschnitt durch die
obere Hälfte; Fig. 2 und 3 sind perspektivische Ansichten eines Kühlmantels, bei
welchem die Kühlkanäle schraubenförmig bzw. zickzackförmig ausgebildet sind; Fig.
4 ist ein senkrechter Längsschnitt; Fig. 5 ein senkrechter Querschnitt gemäß Linie
V-V in Fig.4. Beide zeigen die Schichten vor dem Aufblähen; Fig. 6 zeigt einen senkrechten
Querschnitt durch den Flüssigkeitseintrittsstutzen im Ständer. Die Schichten sind
aufgebläht dargestellt; Fig. 7 zeigt eine Ansicht der Ausnehmungen in der Innenfläche
des Gehäuses, Fig. 8 einen senkrechten Querschnitt gemäß Linie VIII-VIII in Fig.7
eines Motorgehäusemantels, in welchem die Kanäle geformt sind; Fig.9 ist eine Seitenansicht
des Blechpakets ohne äußeren Mantel, Fig. 10 ein senkrechter Querschnitt gemäß Linie
X-X in Fig. 9 eines Ständers, in welchem die Kanäle ausgebildet sind; Fig. 11 ist
ein senkrechter Längsschnitt durch einen Teil eines mit schraubenförmigen Kühlkanälen
versehenen Motorgehäuses, Fig. 12 ein senkrechter Querschnitt durch einen Teil eines
mit zickzackförmigen Kanälen versehenen Ständers und Fig. 13 ein senkrechter Querschnitt
durch einen Teil eines mit zickzackförmigen Kanälen versehenen Motorgehäuses;
Fig.
14 ist eine Seitenansicht, teilweise im Längsschnitt, eines Motors mit schraubenförmigen
Kühlkanälen im Läufer.
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Bei der Ausführungsform nach Fig. 1 ist ein Elektromotor mit einem
Ständerblechpaket 1 versehen und der üblichen Ständerwicklung 2, welche ein Läuferblechpaket
3 umgibt, die mit der Läuferwicklung 4 versehen ist. Das Läuferblechpaket ist auf
eine Welle 5 aufgekeilt. Die Welle 5 ist in Lagern 6 und 7 im Motorrahmen gelagert.
Der Rahmen ist mit Lagerschilden 8 und 9 und dem das Ständerblechpaket umgebenden
Gehäuse 10 versehen.
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In das Ständerblechpaket ist eine aufblähbare mehrschichtige Einlage
zwischen das Gehäuse und das Ständerblechpaket eingelegt und derart aufgebläht,
daß die Schichten der Einlage sich dicht an die in der Innenfläche des Gehäuses
oder an der Außenfläche des Ständerblechpakets ausgebildeten Kanäle einlegen. Die
Kanäle können auch sowohl im Gehäuse als auch im Ständerblechpaket ausgebildet sein.
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Ein Beispiel der Reihe von auszuführenden Operationen ist in den Fig.
4, 5 und 6 dargestellt. Eine aus zwei Materialschichten 11 und 12 gebildete Einlage
ist zwischen das Gehäuse 10 und das Ständerblechpaket 1 eingelegt. Es besteht beispielsweise
aus rostfreiem Stahl oder Polyäthylen.
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Aus dem Ständerblechpaket ist eine Serie miteinander in Verbindung
stehender Kanäle 13 ausgearbeitet. Sie können auch aus den einzelnen Ständerblechen
vor ihrer Zusammenfügung ausgestanzt sein.
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Die Seiten und Enden der beiden Schichten sind dicht miteinander vereinigt,
z. B. durch Schweißung 14. Vorteilhaft besteht die Einlage aus zwei Schichten dünnen
Blattmetalls, vorteilhaft nicht korrodierenden Metalls, die ungefähr 0,5 mm dick
sind. Statt dessen können auch Polyäthylenblätter oder dergleichen synthetisch plastisches
Material benutzt werden.
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Das Ständerblechpaket 1 mit der umgebenden Einlage ist in das Motorgehäuse
10 eingepreßt, das vorteilhaft einen das Ständerblechpaket vollkommen umgebenden
Zylinder darstellt.
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Das Gehäuse 10 und die äußere Schicht 11 der Einlage sind vorher mit
Bohrungen 24 bzw. 15 versehen, derart, daß die Bohrungen des Gehäuses 10 mit denen
der äußeren Schicht der Einlage übereinstimmen, sobald das Ganze zusammengefügt
ist.
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Ein Verstärkungsring 16 (Fig. 4 und 6) ist an das Gehäuse um jede
Bohrung 24 herum angeschweißt. Beide Ringe sind bei 17 mit Gewinde versehen. In
einem der Ringe wird ein Paßstück 19 zur Verbindung mit einem nicht dargestellten
Flüssigkeitszuführrohr angebracht. In den anderen Ring wird ein nicht dargestellter
Pflock während des Aufblasens der Einlage eingesetzt. Das Paßstück 19 ist mit Dichtungsringen
20, 21 versehen.
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Die Verstärkungsringe 16 werden danach zur Aufnahme von Paßstücken
22, 23 benutzt, die zur Aufnahme nicht dargestellter Zuführungs- und Abflußrohre
für die Kühlflüssigkeit dienen.
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Die Kühlkanäle 26, die durch Aufblasen der Einlage gebildet werden,
können zickzackförmig oder mäanderförmig axial um das Ständerblechpaket verlaufen,
wie es schematisch in Fig. 3 dargestellt ist, oder sie können schraubenförmig um
das Ständerblechpaket gewunden sein, wie es schematisch in Fig.2 dargestellt ist.
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Wie in den Fig. 7 bis 13 dargestellt ist, kann die Lage der Kühlkanäle
verschieden sein. In Fig.7 und 8 sind Kanäle 27 in der Innenfläche des Gehäuses
10 ausgearbeitet. Die Kanäle haben Zickzackform. Die Bohrungen 24 sind in das Gehäuse
noch nicht eingebohrt. Fig. 13 zeigt die vollständig aufgeblasene Einlage, wobei
die äußere Schicht 11 der Form der Kanäle 27 entspricht.
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Ein Beispiel mit schraubenförmig gewundenen Kanälen im Gehäuse zeigt
Fig. 11.
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Die Fig. 9 und 10 zeigen einen zickzackförmig gestalteten Kanal 28,
der in der Außenfläche des Ständerblechpakets 1 ausgebildet ist. Fig. 12 zeigt die
daraus sich ergebende aufgeblähte Einlage, deren innere Schicht 12 sich der Form
des Kanals 28 angepaßt hat und so den Kühlkanal 26 bildet.
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Gegebenenfalls können Kanäle sowohl im Gehäuse als auch im Ständerblechpaket
ausgebildet werden, so daß sowohl die innere als auch die äußere Schicht der Einlage
die Kühlkanäle bilden, die dann im wesentlichen kreisförmigen Querschnitt hätten.
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Ein Beispiel zu einer Einrichtung zum Kühlen des Läuferblechpakets
ist in Fig. 14 dargestellt. Der Ständer kann gleichfalls, wie in Fig. 14 dargestellt,
gekühlt werden; entweder durch Ausbildung zickzackförmiger, mäanderförmiger oder
schraubenförmiger Kühlkanäle im Ständerblechpaket oder im Gehäuse oder in beiden.
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Die Welle 5 des Motors ist mit einer Bohrung 30 versehen, die radiale
Durchlässe 31, 32 aufweist.
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Die Durchlässe 31, 32 enden in Bohrungen durch die innere Schicht
35 der Einlage, deren äußere Schicht 36 gegen die innere axiale Fläche des Läuferblechpakets
anliegt. In der Welle 5 des Motors ist eine schraubenförmige Vertiefung ausgearbeitet,
in welche die innere Schicht 35 sich einlegt, wenn die Einlage aufgebläht wird.
Das Aufblähen wird durch die Anwendung hydraulischen Druckes auf die Einlage bewirkt,
nachdem das Läuferblechpaket auf der Welle 5 des Motors befestigt ist.
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Statt der schraubenförmigen Kanäle können auch zickzackförmige Kanäle
benutzt werden.
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Die Bohrung 30 ist innen bei 38 mit Gewinde versehen zur Aufnahme
eines hohlen Einsatzes 39, der an einem Rohr 40 ausgebildet ist, das sich axial
und konzentrisch zur Bohrung erstreckt und mit seinem äusseren Ende in flüssigkeitsdichten
Lagern 41 angeordnet ist.
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Die Bohrung 30 ist an ihrem hinteren Ende 42 mit Gewinde versehen
zur Aufnahme einer hohlen Nabe 43, die sich mit der Welle 5 in flüssigkeitsdichten
Lagern 44 dreht.
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Verbindungsstücke 45 und 46 sind zur Zu- und Abführung des Kühlmittels
für den Läufer vorgesehen. Die Lager 41, 44 werden von einem Gehäuse 47 getragen,
das an einem Arm 48 des Lagerschildes 9 des Motorkörpers befestigt ist.
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Das Kühlmittel fließt durch das Verbindungsstück46, durch das Rohr
40 in die Bohrung 30, durch den Durchlaß 31 und. die Kanäle 37 zum Durchlaß 32.
Von dort kehrt es zur Bohrung und zum Auslaß zurück, um durch das Verbindungsstück
45 in ein nicht dargestelltes Auslaßrohr zu strömen.
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Die Kühlkanäle können auch andere als die dargestellten Formen aufweisen.
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Ein Kühlmantel, wie oben in verschiedenen Ausführungsbeispielen beschrieben,
kann sich vollständig um den Motor herum erstrecken und mit geringstem Durchmesser
hergestellt werden. Infolge des sehr innigen Kontaktes zwischen den dünnen Auskleidungen
und dem Gehäuse sowie dem Ständer ist eine gute Wärmeleitung gesichert. Durch den
Gebrauch von nicht korrodierendem Blattmetalll, wie z. B. rostfreiem Stahl, oder
den Gebrauch von synthetischem
plastischem Material ist eine Störung
durch Korrosion in den Kanälen vermieden.
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Ein Kühlmantel kann leicht durch Hinauspressen der Packung und Einsetzen
neuer Einlagen sowie Aufblähen derselben ersetzt werden.