DE19624519A1

DE19624519A1 - Flüssigkeitskühlung von elektrischen Maschinen

Info

Publication number: DE19624519A1
Application number: DE19624519A
Authority: DE
Inventors: Barlas Turgay
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 1996-06-20
Filing date: 1996-06-20
Publication date: 1998-01-02

Description

Stand der Technik

Die Erfindung geht aus von einer elektrischen Ma schine, insbesondere von einem Generator oder einem Motor für ein Kraftfahrzeug, gemäß Oberbegriff des Hauptanspruchs

Aus der DE 28 28 473 ist eine ölgekühlte elektri sche Maschine bekannt, die ein zweiteiliges Stän dergehäuse aufweist. Das Ringnuten aufweisende Ge häuseinnenteil wird von dem Gehäuseaußenteil umman telt, wobei in den Ringnuten Öl um das Ständerge häuse strömt. Die durch die beschriebene Anordnung und Dimensionierung der Kühlkanäle erzielte Wär meabfuhr ist jedoch nur ungenügend, insbesondere im Hinblick auf die gleichzeitig erforderliche Einhal tung eines geringen Druckabfalls des Kühlmittels.

Bekannt sind auch einteilige Gehäuse für elektri sche Maschinen, die Durchgangsbohrungen zur Führung von Kühlmitteln aufweisen. Diese Gehäuse sind je doch aufwendig zu fertigen und zudem sind stirnsei tige Abdichtungen notwendig, die spezielle Dichtun gen voraussetzen.

Vorteile der Erfindung

Die erfindungsgemäße elektrische Maschine mit den im Hauptanspruch genannten Merkmalen weist demge genüber den Vorteil auf, daß eine hervorragende Wärmeabfuhr der, beispielsweise bei Asynchronma schinen auftretenden, Verlustwärme gewährleistet ist, wobei gleichzeitig ein ausgesprochen geringer Druckabfall auftritt. Das erfindungsgemäß vorgese hene Gehäuse läßt sich einfach und kostengünstig fertigen, da stirnseitige Abdichtungen, beispiels weise über speziell ausgeformte Dichtungen, nicht notwendig sind. Zudem ist es nicht erforderlich, zur Ausbildung von Kühlkanälen aufwendig zu ferti gende Durchgangsbohrungen bereitzustellen.

Im Zusammenhang mit der vorliegenden Erfindung wird unter einem Großteil der Außenfläche des Gehäusein nenteils mindestens 50%, vorzugsweise 70%, der Oberfläche des Gehäuseinnenteils verstanden, die zum Gehäuseaußenteil weist und von diesem ummantelt wird. Unter einem System von Kühlkanälen wird eine Vielzahl von zu Kühlkanalzweigen zusammengefaßten, miteinander über Umlenkkanäle verbundenen Kanäle verstanden. Ein Kanal ist im Zusammenhang mit der vorliegenden Erfindung also ein Abschnitt eines Kühlkanalzweiges, der sich durch seine Orientierung und/oder Dimensionierung von anderen Abschnitten, also anderen Kanälen des Systems, unterscheidet.

In einer besonders vorteilhaften Ausgestaltung sieht die Erfindung vor, die Stirnflächen der Ge häuseinnen- und Gehäuseaußenteile über eine Ring nut-Eingriffsglied-Verbindung zu verbinden und ab zudichten. Unter einer Ringnut-Eingriffsglied-Ver bindung wird eine formschlüssige Verbindung zwi schen einer länglichen Vertiefung, beispielsweise einer Führungsschiene, also der Nut, und einer ent sprechenden länglichen Erhebung, beispielsweise ei ner Schiene, also dem Eingriffsglied, verstanden. In besonders vorteilhafter Ausgestaltung der Erfin dung wird die Ringnut-Eingriffsglied-Verbindung durch ein Kleb- und/oder Dichtmittel zusätzlich ab gedichtet und stabilisiert. Dazu wird beispiels weise in die Ringnuten des die Kühlkanäle auf sei ner Außenfläche, also dem Rotor abgewandten Fläche, aufweisenden Gehäuseinnenteils ein Kleb- und/oder Dichtmittel eingefüllt. Zur Herstellung des Gehäu ses wird das Gehäuseaußenteil mit den den Ringnuten entsprechenden ringförmigen Eingriffsgliedern auf das Gehäuseinnenteil geschoben, wobei die in die Ringnuten eintretenden Eingriffsglieder das Kleb- und/oder Dichtmittel aus den Ringnuten in die Spalträume zwischen Gehäuse innen- und Gehäuseaußen teil pressen. Das Kleb- und/oder Dichtmittel härtet in dem Verbindungsbereich aus und dichtet das Ge häuse gegenüber dem Kühlmittel ab sowie führt zu einer Stabilitätsverbesserung.

Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind den Unteransprüchen zu entnehmen.

Zeichnungen

Die Erfindung wird nachstehend anhand der Figuren sowie zweier dazugehöriger Ausführungsbeispiele nä her erläutert.

Die Figuren zeigen:

Fig. 1 ein erstes Ausführungsbeispiel mit einem Längsschnitt durch eine erfindungsgemäße elektrische Maschine;

Fig. 2 eine Außenansicht auf ein Gehäuseinnen- und ein Gehäuseaußenteil;

Fig. 3 eine Außenansicht auf die dem Gehäu seaußenteil zugewandte Außenfläche des Gehäuseinnenteils in abgewickelter Dar stellung;

Fig. 4 einen Außenansicht auf die dem Gehäu seaußenteil zugewandte Außenfläche einer anderen Ausführungsform eines Gehäusein nenteils in abgewickelter Darstellung;

Fig. 5 einen Querschnitt durch eine Gehäusein nenteil nach Fig. 4;

Fig. 6 eine Einzelheit des Schnitts der Fig. 5;

Fig. 7 ein weiteres Ausführungsbeispiel mit ei nem Längsschnitt durch ein Gehäuseinnen- und ein Gehäuseaußenteil mit ringförmiger Nut-Eingriffsglied-Verbindung;

Fig. 8 einen Längsschnitt durch ein Gehäuse;

Fig. 9 eine Einzelheit der Darstellung gemäß Fig. 8 und

Fig. 10 eine weitere Einzelheit der Darstellung gemäß Fig. 8.

Die Fig. 1 zeigt eine elektrische Maschine 2, die als Asynchronmotor ausgeführt ist, mit einem Rotor 4 und einem Ständer 6 sowie einem Ständergehäuse 8. Das zylinderförmige Ständergehäuse 8 besteht aus einem Gehäuseaußenteil 10 und einem Gehäuseinnen teil 12. Die dem Gehäuseaußenteil 10 zugewandte Außenfläche des Gehäuseinnenteils 12 weist Kühlkanäle 14 auf, die vom Gehäuseaußenteil 10 um mantelt werden. Das durch die Kühlkanäle strömende flüssige Kühlmittel, beispielsweise ein Äthylengly kol-Wasser-Gemisch, wird durch den Kühlmitteleinlaß 16 zu- und durch den Kühlmittelauslaß 18 abgelei tet.

Im folgenden werden funktionell gleichwertige Teile auch mit gleichen Bezugsziffern versehen.

Die Fig. 2 zeigt ein zweiteiliges Ständergehäuse 8 in auseinandergezogenem Zustand. Das Gehäuseaußen teil 10 weist einen Kühlmitteleinlaß 16 auf und wird über das Gehäuseinnenteil 12 geschoben. Der Umfang des Gehäuseinnenteils 12 ist also etwas ge ringer als der des Gehäuseaußenteils 10, so daß ein paßgenaues Ineinanderschieben der Gehäuseteile und ein Abdichten der Kühlkanäle 14 möglich ist. Die Außenfläche 13 des Gehäuseinnenteils 12 weist Kühlkanäle 14 und eine Verteilerkante 20 auf. Die Verteilerkante 20 dient dazu, durch den Kühlmittel einlaß 16 einströmendes Kühlmittel in zwei Teil ströme aufzuteilen, die in Kühlkanalzweige 22 und 24 einmünden. Die Anordnung und Dimensionierung der Verteilerkante sowie der Kühlkanalzweige 22 und 24 ist so gewählt, daß das Kühlmittel in zwei gleich große Teilströme aufgeteilt wird.

Die Fig. 3 verdeutlicht eine spezielle Anordnung und Geometrie eines Kühlkanalsystems auf der Außen fläche 13 eines in abgewickelter Darstellung abge bildeten Gehäuseinnenteils 12. Der durch den hier nicht dargestellten Kühlmitteleinlaß einströmende Kühlmittelstrom Q trifft auf die Verteilerkante 20 und wird durch diese in zwei gleichgroße Teilströme Q/2 aufgeteilt, die in die Kühlkanalzweige 22 und 24 fließen. Die Kühlkanalzweige 22 und 24 weisen eine mäanderförmige Kanalführung mit parallel zur Längsachse A angeordneten und über den gesamten Um fang verteilten Längskanälen 26, senkrecht dazu verlaufenden Umlenkkanälen 28 und einem ebenfalls senkrecht zur Achse A verlaufenden Rückführkanal 30 auf. Die Geometrie und Dimensionierung der Kühlkanäle ist so gewählt, daß eine möglichst große Außenfläche 13 des Gehäuseinnenteils 12 von Kühlkanälen und damit von kühlender Flüssigkeit be deckt ist. Dies wird dadurch erreicht, daß die Ka nalbreite b der Kanäle möglichst groß und die Ka nalhöhe h möglichst klein gewählt wird. Durch die große Kanalbreite b wird die Kühlfläche so groß wie möglich gehalten, während die geringe Kanalhöhe h eine kompakte und stabile Bauweise des Gehäuses er möglicht. Außerdem ist vorgesehen, die Kühlkanäle so eng benachbart auf dem Gehäuseinnenteil 12 an zu ordnen, daß eine möglichst große Fläche, vorzugs weise mehr als 50%, besonders bevorzugt mehr als 70%, der gesamten, dem Gehäuseaußenteil 10 zuge wandten Außenfläche 13 des Gehäuseinnenteils 12 durch Kühlkanäle bedeckt ist. Dies wird dadurch er reicht, daß neben einer großen Kanalbreite b auch eine besonders enge Anordnung der Kanäle zueinander vorgesehen ist. Der Abstand D benachbarter Kanäle zueinander, das heißt, die kürzeste Distanz zwi schen den beiden benachbarten Kanälen, ist vorzugs weise an jedem beliebigen Punkt auf der Außenfläche 13 des Gehäuseinnenteils 12 geringer als die Ka nalbreite b. Selbstverständlich ist erfindungsgemäß auch vorgesehen, daß die Kanalhöhen h, die Ka nalbreiten b und die Abstände D zwischen den ein zelnen Kanälen variiert werden können, wobei jedoch die durchschnittliche Kanalbreite b vorzugsweise größer sein muß als die durchschnittliche Distanz D zwischen zwei benachbarten Kühlkanälen.

Dadurch wird erreicht, daß einerseits aufgrund von besserer Wärmeübertragung nötige Turbulenz in der Strömung herrscht und andererseits aus Fertigkeits gründen das Gehäuse nicht unnötig geschwächt wird.

Die Fig. 4 zeigt eine weitere Ausführungsform ei ner Anordnung und Dimensionierung eines auf dem Ge häuseinnenteil 12 aufgebrachten Kühlkanalsystems. Auf der Außenfläche 13 des Gehäuseinnenteils 12 ist eine Verteilerkante 20 angebracht, die den Flüssig keitsstrom Q in etwa gleichgroße Teilströme teilt. Die Verteilerkante minimiert Stoßverluste und teilt die Flüssigkeitsmenge Q direkt nach dem Einlaß zunächst in zwei Teilströme. Durch diese Verteilung wird die Gesamtstrecke, die die Kühlflüssigkeit verfolgen soll, vermindert und der Druckabfall in gewünschten Grenzen gehalten. Der Winkel "Φ" zwi schen den Seiten 32 und 34 der Kühlkanalzweige 36 und 42 wird so eingestellt, daß die beiden Teil ströme jeweils wieder in zwei gleiche Teilströme aufgeteilt werden. Das Kühlkanalsystem der Fig. 4 weist also vier Kühlkanalzweige 36, 38, 40 und 42 auf, die die erzeugten vier Teilströme Q/4 aufneh men und die ihrerseits aus Längskanälen 26, Um lenkkanälen 28 und einem gemeinsamen Abführkanal 30 bestehen. Die Kühlkanäle bedecken einen Großteil der Außenfläche 13 des Gehäuseinnenteils 12. Die wird durch die Dimensionierung der Kühlkanäle und die enge Anordnung zueinander erreicht, insbeson dere dadurch, daß eine große Kanalbreite b vorgese hen ist, die im Durchschnitt größer als der durch schnittliche Abstand D zwischen zwei benachbarten Kanälen ist.

Die Fig. 5 zeigt das Gehäuseinnenteil 12 im Quer schnitt, wobei die über den gesamten Umfang ange ordneten Längskanäle 26 an der Außenfläche 13 er kennbar sind. Erkennbar ist auch, daß die Ka nalbreite b größer als der Abstand D benachbarter Kanäle, insbesondere Längskanäle 26 ist. Die Kühlkanäle bedecken also den größten Teil der Außenfläche 13 des Gehäuseinnenteils 12.

In der Fig. 6 ist ein Detail der Fig. 5 darge stellt. Erkennbar ist, daß die Kanalbreite b erheb lich größer, beispielsweise zehnmal so groß, wie die Kanalhöhe h ist. Erkennbar ist auch, daß die Kanalbreite b größer als der Abstand D zwischen be nachbarten Kühlkanälen ist.

Die Fig. 7 verdeutlicht in einem weiteren Beispiel die Herstellung einer besonders bevorzugten Ausfüh rungsform der Erfindung, in der das mit dem erfin dungsgemäßen Kühlkanalsystem aus in Umfangsrichtung mäanderförmig verlaufenden Kühlkanälen versehene Gehäuseinnenteil 12 mit dem Gehäuseaußenteil 10 über zwei Ringnut-Eingriffsglied-Verbindungen ver bunden ist. Das Gehäuseinnenteil 12 weist an seiner hinteren Stirnfläche 12.1 einen Flansch 44 auf, der eine Ringnut 46 bildet. Das Gehäuseinnenteil 12 weist an seiner vorderen Stirnfläche 12.2 in der Mantelfläche des Gehäuseinnenteils 12 eine weitere Ringnut 48 auf. Die beiden Ringnuten 46 und 48 sind vorzugsweise mit einem Kleb- und/oder Dichtmittel 50 teilweise gefüllt. Das Gehäuseaußenteil 10 weist an seiner hinteren Stirnfläche 10.1 ein ringförmi ges Eingriffsglied 52 auf. Die vordere Stirnfläche 10.2 des Gehäuseaußenteil 12 weist ein rotorwärts gerichtetes Eingriffsglied 54 in Ringform auf. Bei der Herstellung des Gehäuses 8 wird das Gehäu seaußenteil 10 über das die mit Klebmittel 50 ge füllte Ringnuten 46, 48 aufweisende Gehäuseinnen teil 12 geschoben. Das ringförmige Eingriffsglied 52 kommt in Formschluß mit der Ringnut 46 und das ringförmige Eingriffsglied 54 in Formschluß mit der Ringnut 48. Durch das Zusammenfügen der Eingriff glieder 52, 54 in die Ringnuten 46, 48, wird das in den Ringnuten 46, 48 befindliche Klebmittel 50 aus den Ringnuten 46, 48 in die im Bereich der Ringnut-Ein griffsglied-Verbindungen gelegenen Spalträume zwischen Gehäuseinnen- 12 und Gehäuseaußenteil 10 gepreßt. Das Kleb- und/oder Dichtmittel 50 härtet dort aus und dichtet das Gehäuse 8 ab sowie stabi lisiert es zusätzlich. Der Vorteil eines derartigen Abdichtens im Vergleich zur herkömmlichen O-Ring-Ab dichtung oder aufwendigen stirnseitigen - speziell zu fertigenden - Flachdichtung, besteht darin, daß somit gröbere Fertigungstoleranzen, insbesondere die in der Fertigung von Gehäuseoberteilen unver meidbare Bildung von Eiförmigkeiten, leicht zu überbrücken sind. So ist eine aufwendige Nachbear beitung der Teile unnötig.

Die Fig. 8 zeigt das fertiggestellte Gehäuse 8 nach Fig. 7, in dem das Kleb- und/oder Dichtmittel 50 in den Spaltraum zwischen Gehäuseinnenteil 12 und Gehäuseaußenteil 10 verteilt ist. Das Klebmit tel 50 ist durch eine verstärkt gezeichnete Linie kenntlich gemacht.

Die Fig. 9 und 10 verdeutlichen Einzelheiten der Ausführungsform nach Fig. 8.

Die Fig. 9 zeigt die Verbindung zwischen dem ring förmigen Eingriffsglied 52 an der hinteren Stirn fläche 10.1 des Gehäuseaußenteils 10 und der durch den Flansch 44 gebildeten Ringnut 46 an der hinte ren Stirnfläche 12.1 des Gehäuseinnenteils 12. Das sich ursprünglich in der Ringnut 46 befindende Klebmittel 50 hat sich in den Spalträumen zwischen Gehäuseinnenteil 12 und Gehäuseaußenteil 10 ver teilt und dichtet das Gehäuse 8 ab.

Die Fig. 10 zeigt die Verbindung zwischen dem ringförmigen Eingriffsglied 54 an der vorderen Stirnfläche 10.2 des Gehäuseaußenteils 10 mit der im Mantel des Gehäuseinnenteils 12 an dessen vorde rer Stirnfläche 12.2 angeordneten Ringnut 48. Auch hier wurde das ursprünglich in der Ringnut 48 vor handene Kleb- und/oder Dichtmittel 50 in die Spalträume zwischen Gehäuseinnenteil 12 und Gehäu seaußenteil 10 verteilt und dichtet das Gehäuse 8 ab.

Selbstverständlich ist auch jede beliebige andere Verbindung zwischen Gehäuseinnenteil 12 und Gehäu seaußenteil 10 möglich, beispielsweise die Verwen dung von Ringnuten im Gehäuseaußenteil und ringför migen, entsprechend ausgebildeten Eingriffsgliedern im Gehäuseinnenteil, sofern eine formschlüssige, dichte und stabile Verbindung entsteht, die vor zugsweise mittels Kleb- und/oder Dichtmitteln zu sätzlich abgedichtet und stabilisiert werden kann.

Claims

1. Elektrische Maschine, vorzugsweise ein Genera tor oder ein Motor für ein Kraftfahrzeug, mit einem Ständer und einem Rotor sowie mit mindestens einem flüssigkeitsgekühlten Gehäuse, wobei das Gehäuse aus einem Gehäuse innen- und einem dieses ummanteln den Gehäuseaußenteil besteht, dadurch gekennzeich net, daß das Gehäuseinnenteil (12) ein System von mäanderförmig verlaufenden Kühlkanälen (14) auf weist, die einen Großteil der Außenfläche (13) des Gehäuseinnenteils (12) bedecken.

2. Elektrische Maschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Kühlkanäle (14) die Ka nalbreite (b) aufweisen, im wesentlichen parallel im Abstand (D) zueinander verlaufen und wobei die Kanalbreite (b) größer als der Abstand (D) zwischen zwei benachbarten Kühlkanälen (14) ist.

3. Elektrische Maschine nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das über einen Kühlmit teleinlaß (16) eintretende Kühlmittel, insbesondere ein Äthylenglykol-Wasser-Gemisch, über eine Vertei lereinrichtung, insbesondere eine Verteilerkante (20), geführt und in Teilströme aufgeteilt wird.

4. Elektrische Maschine nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Geometrie und Dimension der Kanäle so gewählt ist, daß eine Verteilung des eingetretenen Kühlmittels in ver schiedene Teilströme erreicht wird.

5. Elektrische Maschine nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß das eingetre tene Kühlmittel in zwei oder vier Teilströme ge teilt wird.

6. Elektrische Maschine nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Teilströme in verschiedene Kanalzweige (22, 24; 36, 38, 40, 42) des Kühlkanalsystems eintreten.

7. Elektrische Maschine nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Ka nalbreite (b) größer, insbesondere um den Faktor 10 größer als die Kanalhöhe (h) ist.

8. Elektrische Maschine nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß das Gehäuse (8) im Bereich des Ständers (6) der elektrischen Maschine (2) angeordnet ist.

9. Elektrische Maschine nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Längsachse (L) der Längskanäle (26) parallel zur Längsachse (A) des Gehäuses (8) verläuft.

10. Elektrische Maschine nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Längskanäle (26) um den gesamten Umfang des Gehäu seinnenteils (12) angeordnet sind.

11. Elektrische Maschine nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Stirnflä chen (10.1, 10.2; 12.1, 12.2) des Gehäuses (8) über mindestens eine Ringnut-Eingriffsglied-Verbindung miteinander verbunden sind.

12. Elektrische Maschine nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß das Gehäuse innenteil (12) mindestens eine Ringnut (46, 48) zur Abdichtung des Gehäuses (8) aufweist.

13. Elektrische Maschine nach einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, daß eine Ringnut (46) an der hinteren Stirnfläche (12.1) und/oder eine weitere Ringnut (48) an der vorderen Stirnflä che (12.2) des Gehäuseinnenteils (12) angeordnet ist.

14. Elektrische Maschine nach einem der Ansprüche 1 bis 13, dadurch gekennzeichnet, daß die hintere Stirnfläche (12.1) des Gehäuseinnenteils (12) einen Flansch (44) aufweist, in dem die Ringnut (46) ver läuft.

15. Elektrische Maschine nach einem der Ansprüche 1 bis 14, dadurch gekennzeichnet, daß die an der vorderen Stirnfläche (12.2) des Gehäuseinnenteils (12) befindliche Ringnut (48) im Mantel des Gehäu seinnenteils (12) verläuft.

16. Elektrische Maschine nach einem der Ansprüche 1 bis 15, dadurch gekennzeichnet, daß das Gehäu seaußenteil (10) mindestens eine, vorzugsweise zwei, ringförmige Eingriffsglieder (52, 54) auf weist, die paßgenau mit den Ringnuten (46, 48) des Gehäuseinnenteils (12) in Verbindung treten können.

17. Elektrische Maschine nach einem der Ansprüche 1 bis 16, dadurch gekennzeichnet, daß die Ringnut-Ein griffsglied-Verbindung durch ein Kleb- und/oder Dichtmittel (50) abgedichtet ist.