DE19757605A1 - Elektromotor mit Kühlung - Google Patents

Description

Die Kühlung eines Elektromotors dient dazu, die u. a. im Blechpaket des Stators anfallende Wärme nach außen ab zuführen uns dadurch den Wirkungsgrad des Elektromotors zu verbessern. Allgemeinen Stand der Technik bilden dabei die Luft- oder Flüssigkeitskühlungen.

Aus der DE-AS-12 31 797 sind axiale Kühlkanäle im Gehäuse des Elektromotors bekannt die das Statorblechpaket umgeben. Eine Umlenkung der Flüssigkeitskühlkanäle erfolgt in Verschlußdeckeln, oder wie in der US-Schrift US-5,084,642 beschrieben, in den Lagerschilden des Elektromotors. Dabei treten Dichtheits­ probleme zwischen den Umlenkvorrichtungen und dem Gehäuse auf. Außerdem sind diese Umlenkmechanismen wie z. B. Lager­ schilde gußtechnisch sehr aufwendig herzustellen, da im Guß­ verfahren die innenliegenden Kanäle gequetscht werden.

Desweiteren ist es aus der EP 0 729 215 A2 bekannt, Kühl­ schlangen auf das den Stator umgebende Motorgehäuse zu set­ zen, um so die Abwärme abzuführen. Nachteilig dabei ist, daß die Wärmeabfuhr nur über wenig Wärmeaustauschflächen zwischen Stator und Kühlschlange stattfindet. Außerdem ist die Kühl­ schlange ungeschützt gegen mechanische Einflüsse.

In einer weiteren Schrift EP 0 424 867 A1 wird ein Stator be­ schrieben, der von einem aufgesetzten Kühlmäntel umgeben ist. Nachteilig dabei ist der hohe Fertigungsaufwand und bei Flüs­ sigkeitskühlung das Problem der Dichtheit. Es liegt außerdem ein ungenügender Wärmetransport vor.

Der Erfindung liegt demzufolge die Aufgabe zugrunde, einen Elektromotor zu schaffen, dessen Kühlsystem gegenüber her­ kömmlichen Kühlsystemen eine gute thermische Anbindung an die Wärmequellen des Motors aufweist. Außerdem sollen in einem einfachen Herstellungsverfahren u. a. Dichtungsprobleme mini­ miert werden. Zusätzlich soll das Kühlsystem robust ausge­ führt sein und eine Anpassung an die Belastung der Elektromo­ toren erlauben.

Die Lösung der gestellten Aufgabe gelingt mit einem Elektro­ motor mit Kühlung, der folgende Merkmale aufweist. Mit je­ weils mindestens zwei Durchbrüchen versehenen Lagerschilden mit aus den Durchbrüchen der Lagerschilde axial ragenden Stutzen und in und/oder am Statorblechpaket oder in und/oder am Gehäuse befindlichen Kühlkanälen mit an den Stutzen be­ findlichen Umlenkelementen und nach folgendem Verfahren her­ gestellt wurde:
In bereits bestehende Kühlkanäle des Ständerblechpakets oder Gehäuses werden wiederverwendbare Montagedorne eingesetzt und die Zwischenräume vergossen.

Die durch Entfernen der Montagedorne entstehenden Kühlkanäle sind derart positioniert, daß deren axiale Flucht mit den Lufteintrittsöffnungen bzw. Luftaustrittsöffnungen der Lager­ schilde übereinstimmen. Während des Gießvorganges werden an die Kühlkanäle Endstutzen für Kühlmitteleinlaß, Kühlmittel­ auslaß sowie Umlenkelemente mit leichter Konizität eingegos­ sen.

Nach der Montage der Lagerschilde werden durch die Umlenkele­ mente, die auf die aus dem Statorblechpaket oder Gehäuse ra­ genden Endstutzen geschoben werden, Kühlkreisläufe geschlos­ sen.

Der Vorteil dieses erfindungsgemäßen Motors liegt darin, daß keinerlei Dichtheitsprobleme zwischen Lagerschilden und Ge­ häuse auftreten können. Außerdem können bisherige luftgekühl­ te Elektromotoren auf diese Weise zu flüssigkeitsgekühlten Motoren umgebaut werden, ohne daß der Umbau sich aufwendig gestaltet.

Durch die Umlenkelemente lassen sich unterschiedliche Schal­ tungen der Kühlkanäle realisieren, so daß beliebige Kombina­ tionen von Reihen- und/oder Parallelschaltungen der Kühlkanä­ le hergestellt werden können.

Vorteilhafterweise werden die Kühlkanäle in bereits bestehen­ den Luftdurchlässe oder Kühlnuten eingegossen, so daß eine gute thermische Anbindung gewährleistet ist. Außerdem sind dadurch die Kühlkanäle in die Kontur des Statorblechpakets oder des Gehäuses eingebunden, so daß mechanische Beschädi­ gungen der Kühlkreisläufe nicht auftreten können. Die Kühlka­ näle folgen den Luftdurchlässen oder Kühlnuten des bestehen­ den Statorblechpaketes oder des Gehäuses, so daß auch bei Nutschrägung, die über die Motorlänge betrachtet einige Win­ kelgrade beträgt und der Reduzierung der Nutrastmomente dient, dieses Kühlsystem eingesetzt werden kann.

In einer weiteren Ausgestaltung für nicht rotationssymmetri­ sche Statorblechpakete oder Gehäuse werden die Kühlkanäle im wesentlichen in den Eckbereichen eingesetzt, um den Außenum­ fang des Gehäuses nicht zu vergrößern.

Eine weitere vorteilhafte Ausführung ergibt sich dadurch, daß nicht jeder Luftkanal mit derartigen Kühlkanälen versetzt ist, so daß im anschließenden Betrieb sowohl eine Luftkühlung als auch eine Flüssigkeitskühlung realisiert werden kann. Die Umlenkelemente können je nach Umgebung des Elektromotors aus Kunststoff oder Metall gewählt werden, so daß auch aggressive Medien wie sie z. B. in der chemischen Industrie auftreten die Umlenkelemente nicht angreifen und damit den Kühlkreislauf unterbrechen. Die Umlenkelemente sind so ausgeführt, daß sie sich in die Motorkontur einpassen und somit mechanischen Be­ schädigungen entziehen. Deshalb sind neben rechtwinkligen Ausführungsformen auch andere Formen vorstellbar.

Durch wieder verwendbare Montagedorne wird neben der Optimie­ rung des Herstellungsprozesses die Gefahr der Quetschung der Kühlkanäle während des Gußvorganges vermieden. Es sind dabei sämtlich Gießverfahren eingeschlossen wie z. B. Druckguß oder Spritzguß. Die Querschnitte der Montagedorne können rund, oval, eckig oder mit mehreren parallel verlaufenden Einzel­ dornen ausgeführt sein.

Durch Eingießen der aus dem Statorblechpaket oder dem Gehäuse axial ragenden Endstutzen der Kühlkanäle wird die anschlie­ ßende Montage der Lagerschilde und die Gestaltung geschlosse­ ner Kühlkreisläufe durch Umlenkelemente wesentlich erleich­ tert. Die Gestaltung der Umlenkelemente mit leichter Konizi­ tät erleichtert die Montage der Umlenkelemente und den Her­ stellungsprozeß.

Die Erfindung wird anhand einer prinzipiellen Darstellung ei­ nes Ausführungsbeispieles näher erläutert. Die Zeichnung zeigt einen erfindungsgemäßen, gehäuselosen Elektromotor mit rechteckiger Statorblechkontur.

In ein geschichtetes Statorblechpaket 1 mit rechteckförmiger Außenkontur sind in den Eckbereichen 2 axiale Luftdurch­ trittsöffnungen 3 vorhanden. Deckungsgleich in axialer Ver­ längerung dieser Luftdurchtrittsöffnungen 3 sind an den La­ gerschilden 5 dieses Elektromotors ebenfalls Durchbrüche 4 vorhanden. Zwei der jeweils drei in den Eckbereichen 2 des Statorblechpaketes 1 befindlichen Luftdurchtrittsöffnungen 3 weisen eingegossene, kreisförmige Kühlkanäle 6 mit durch die Luftdurchtrittsöffnungen 4 der Lagerschilde 5 axial ragenden Endstutzen auf. Die an die Kühlkanäle 6 angegossenen Endstut­ zen 7 weisen eine leichte Konizität auf, die sowohl die Mon­ tage als auch die Herstellung wesentlich erleichtert. Andere Querschnittsformen der eingegossenen Kühlkanäle 6 sind mög­ lich. Es müssen dabei nur die nicht dargestellten wiederver­ wendbaren Montagedorne angepaßt werden.

An die jeweiligen Stirnseiten 15 des Statorblechpakets 1 sind die Lagerschilde 5 mit allgemein bekannten Verbindungsarten befestigt. Aus den Durchbrüchen 4 der Lagerschilde 5 ragen die Endstutzen 7, auf die die Umlenkelemente 8 steckbar sind. Durch unterschiedliche Ausbildungen der Umlenkelemente 8 kön­ nen verschiedene Kühlkanäle 6 in Reihe oder parallel geschal­ tet werden. Bei Parallelschaltung der Kühlkanäle 6 sind meh­ rere Kühlkreisläufe vorhanden und eine bessere Kühlwirkung des Motors wird erreicht.

Der Kühlkreislauf gemäß des Ausführungsbeispiels weist eine Einlaß 9- und eine Auslaßöffnung 10 auf. Dadurch, daß nicht jede Luftdurchtrittsöffnung 3 des Statorblechpakets 1 mit Kühlkanälen 6 versehen ist, kann eine kombinierte Luft- Flüssigkeitskühlung realisiert werden, so daß bei geringer Motorbelastung nur die Luftkühlung, bei großer Belastung des Motors zusätzlich die Flüssigkeitskühlung in Abhängigkeit der Statorblechpakettemperatur zuschaltbar ist.

Die Umlenkelemente 8 sind auf die Endstutzen 7 geschweißt oder geklebt und weisen in diesem Ausführungsbeispiel recht­ winklige Rohrkrümmungen auf. Dadurch, daß die Kühlkanäle 6 in die Motorkontur des Statorblechpakets 1 integriert sind, sind mechanische Beschädigungen nahezu ausgeschlossen. Ebenso sind die Umlenkelemente 8 in die Kontur der Lagerschilde 4 einge­ bunden, so daß auch dort Beschädigungen ausgeschlossen werden können. Die Kühlung dieses Elektromotors weist keine Dicht­ heitsprobleme zwischen Lagerschilden 4 und Statorblechpaket auf. Durch die eingegossenen Kühlkanäle 6 wird eine gute thermische Anbindung des Kühlkreislaufs an die Wärmequelle erreicht.

Claims (7)

1. Elektromotor mit Kühlung, der folgende Merkmale aufweist,

• a) mit jeweils mindestens zwei Durchbrüchen (4) versehene La­ gerschilde (5),
• b) mit aus den Durchbrüchen (4) der Lagerschilde (5) axial ragenden Endstutzen (7) von in und/oder am Statorblechpaket (1) oder in und/oder am Gehäuse befindlichen Kühlkanälen (6),
• c) mit an den Endstutzen (7) befindlichen Umlenkelementen (8).

2. Elektromotor nach Anspruch 1, dadurch ge­ kennzeichnet, daß die Kühlkanäle (6) eingegos­ sen sind und radial nicht über die Kontur des Statorblechpa­ ketes (1) oder des Gehäuses ragen.

3. Elektromotor nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Kühlkanäle (6) im wesentlichen axial verlaufen.

4. Elektromotor nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß sich die Kühlkanäle (6) im wesentlichen in Eckbereichen (2) eines nicht rotationssymmetrischen Statorblechpakets (1) oder Gehäu­ ses befinden.

5. Elektromotor nach Anspruch 4, dadurch ge­ kennzeichnet, daß die Umlenkelemente (8) aus Kunststoff oder Metall sind.

6. Verfahren zur Leistungsteigerung eines Elektromotors mit Luftkühlung:

• a) In bereits bestehenden Kühlmitteldurchtrittsöffnungen (3) des Ständerblechpaketes (1) oder Gehäuses werden wieder verwendbare Montagedorne eingesetzt und die Zwischenräume vergossen.
• b) Die durch Entfernen der Montagedorne entstehenden Kühlka­ näle (6) sind derart positioniert, daß deren axiale Fluch­ ten mit den Lufteintrittsöffnungen (4) bzw. Luftaustritts­ öffnungen (4) der Lagerschilde (5) übereinstimmen.
• c) Während des Gießvorganges werden an die Kühlkanäle (6) Endstutzen (7) für Kühlmitteleinlaß und Kühlmittelauslaß sowie für Umlenkelemente mit leichter Konizität mit einge­ gossen.
• d) Nach der Montage der Lagerschilde werden durch die Umlen­ kelemente (8), die auf die aus dem Ständerblechpaket (1) oder Gehäuse ragenden Endstutzen (7) geschoben werden, Kühlkreisläufe geschlossen.

7. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch ge­ kennzeichnet, daß die Umlenkelemente (8) auf die mit leichter Konizität versehenen Endstutzen (7) warm aufgeschrumpft oder geklebt und gedichtet werden.