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Statorgehäuse für elektrische Kältemaschinen
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und Verfahren zu seiner Herstellung
Die Erfindung
bezieht sich auf ein Statorgehäuse für elektrische Kältemaschinen, insbesondere
Kältekompressoren, das Kanäle zum Hindurchleiten eines Kühlmittels, insbesondere
Wasser, aufweist. Ferner bezieht sich die Erfindung auf ein Verfahren zur Herstellung
eines solchen Statorgehäuses.
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Es ist bekannt, das Statorgehäuse einer elektrischen Maschine durch
Hindurchleiten von Wasser zu kühlen. Die bekannte Konstruktion sieht hiezu einen
zweischaligen Statormantel vor, dessen Zwischenraum wassergekühlt ist. Die Herstellung
eines solchen zweischaligen Mantels ist aber praktisch nur aus tiefgezogenen Blechteilen
möglich, was aufwendig ist. Weiters treten bei der bekannten Konstruktion innerhalb
des zweischaligen Mantels unkontrollierte Wirbelungen auf, so daß die Kühlwirkung
nicht überall gleich und auch nicht zeitlich konstant ist. Außerdem ist es schwierig,
die Kühlwirkung zu regeln. Man hat zwar versucht, durch einen mit Kerben versehenen
Ring das Kühlwasser zu führen, jedoch bedeutet dies einen zusätzlichen Aufwand und
das Ergebnis ist nach wie vor unzuverlässig.
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Schließlich entstehen bei der bekannten Konstruktion auch Schwierigkeiten
bei der feuchtigkeitsdichten Hindurchfuhrung des Stromkabels.
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Die Erfindung setzt sich zur Aufgabe, ein Statorgehäuse der eingangs
beschriebenen Art zu verbessern, insbesondere hinsichtlich der Herstellbarkeit,
der Kühlwirkung, der Dichtprobleme und der Hindurchführung des Stromkabels. Die
Erfindung löst diese Aufgabe dadurch, daß die Kanäle von zumindest einer Rohrschlange
gebildet sind und daß jede Rohrschlange in eine Nut am Mantel.des aus plastisch
verformbarem, wärmeleitenden Material bestehenden Statorgehäuse eingelegt und durch
die Nut berandende Fortsätze, die um die Rohrschlange herumgelegt sind, am Grund
der Nut in wärmeleitender Anlage gehalten ist. Bei der fierstellung eines solchen
Statorgehäuses braucht nur die Rohrschlange in die gewünschte Form gebogen und sodann
in die zuvor am Mantel des Statorgehäuses ausgebildete Nut bzw. in rnehrere Nuten
eingelegt und durch die Fortsätze in der Nut bzw. den Nuten fixiert zu werden. Dies
ist
problemlos durchführbar, insbesondere dann, wenn Aluminium als
Grundrnaterial für das 5tatorgehSuse verwendet wird, da sich dieses Material leicht
in der gewünschten Weise verformen läßt. Die Mantelstärke des Statorgehäuses kann
den Erfordernissen entsprechend beliebig gewählt werden, solange nur der gewünschte
Wärmeübergang vom Grundmaterial des Statorgehäuses auf das Material der Rohrschlange
und somit auf das Kühlmittel sichergestellt ist.
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Die Ausbildung des Zu- und Abfuhratutzens für die Kühlmittelzufuhr
wird erleichtert und die Dichtprobleme sind gegenüber der eingangs beschriebenen
bekannten Konstrukton wesentlich verringert da das Kühlmittel durch die Rohrschlange
dicht geführt ist und kein Kühlmittelaustritt stattfinden kann, solange die Rohrschlange
dicht und auch dicht angeschlossen ist. Durch die Rohrschlange ergibt sich ferner
eine Kühlmittelführung entlang einer von vorne herein festgelegten Bahn, so daß
die Kühlwirkung in vorbestimmt er Weise über den Mantel des Statorgehäuses verteilt
werden kann und vor allem zeitlich konstant ist. Es ist ferner leicht möglich, die
Kühlwirkung zu regeln, insbesondere durch Beeinflussung der Temperatur und der Strömungsgeschwindigkeit
des Kühlmittels. Der im Vergleich zur eingangs geschilderten bekannten Konstruktion
verhältnismäßig dickwandige Statormantel ergibt eine bessere Wärmekonvektion von
dem von diesem Mantel umschlossenen Innenraum zur Rohrschlange da bei der bekannten
Konstruktion die Wärmekonvektion nur auf den dünnwandigen Innenteil des zweischaligen
Mantels beschr§nkt ist. Schließlich bereitet die Hindurchführung des Stromkabels
durch das Statorgehäuse keine Schwierigkeiten, da das Stromkabel ohne weiteres durch
jedwede Durchbrechung des Statorgehäuses hindurchgeführt werden kann, die problemlos
äußerhalb oder zwischen den einzelnen Gängen der dem Rohrschlange angeordnet werden
-kann. Es ist jedoch auch möglich, diese Durchbrechung nach der Einbettung der Rohrschlange
an beliebiger Stelle des Statorgehäuses zu erzeugen, solange nur die Rohrschlange
nicht verletzt wird.
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Die um die Rohrschlange herumgelegten Fortsätze halten nicht nur
die-Rohrschlange fest, sondern drücken sie
auch an das Grundmaterial
des Statorgehäuses an, insbesondere wenn gemäß einer Weiterbildung der Erfindung
der Nutengrund dem Rohrschlangenquerschnitt angepaßt ist, so daß die Rohrschlange
flächig am Nutengrund anliegt. Es wird daher ein guter Wärmeübergang vom Grundmaterial
des Statorgehäuses auf die Rohrschlange sichergestellt. Selbst wenn jedoch dieser
Wärmeübergang an einZelnen Stellen gestört oder verringert sein sollte, so bleibt
dies auf die gesamte Kühlwirkung ohne wesentlichen Einfluß, da die Wärme vom einstückigen
Statorgehäuse zur Nachbarstelle strömt, wo der Wärmeübergang besser it. Außerdem
entsteht an einer Stelle, an der die Rohrschlange nicht fest an den Nutengrund angedrückt
sein sollte, ein Wärmeübergang durch Strahlung auf das Rohrschlangenmaterial.
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Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung sind die Fortsätze
als die Nut begleitende Rippen ausgebildet, die um die Rohrschlange herumgebogen
sind. Dadurch wird die Rohrschlange an allen Stellen gleichmäßig gehalten, wodurch
der Wärmeübergang zwischen dem Grundmaterial des Statorgehäuses und dem Material
der Rohrschlange, vorzugsweise Kupfer, weiter verbessert wird. Gemäß einer besonders
günstigen Ausführungsform der Erfindung ist jede Nut von zwei Rippen begleitet,
die den den Nutengrund abgewendeten Umfangteil der Rohrschlange von einander entgegengesetzten
Seiten je zu gleichen Teilen übergreifen.
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Dadurch wird die Verformung der Rippen nach Einlegen der Rohrschlange
gleichmäßig möglich, da alle Rippen gleich hoch sind. Die Verformung der Rippen
zwecks Festhaltung der Rohrschlange wird im Rahmen der Erfindung erleichtert, wenn
der Querschnitt jeder Rippe sich vom Nutengrund weg verringert. Die Rippen müssen
die Rohrschlange nicht zur Gänze abdecken. Eine nur teilweise Abdeckung der Rohrschlange
ist mit weniger Material und weniger Druck bei der Rippenumbördelung leichter durchzuführen.
Eine völlige Abdeckung der Rohrschlange entzieht diese jedoch den Blicken.
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Die Anordnung der Rohrschlange bzw. Rohrschlangen kann den Erfordernissen
entsprechend gewählt werden. Am günstigsten ist es gemäß einer bevorzugten Ausführungsform
der
Erfindung, wenn die Nut in Form mehrerer Gänge um die Achse des Statorgehäuses herumläuft.
Dadurch wird eine übersichtliche und platzsparende Konstruktion erzielt und eine
gleichmäßige Wärmeaufnahme über den Umfang des Statorgehäuses sichergestellt.
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Hinsichtlich der Anordnung des ZulauS-und Ablaufstutzens für das
Kühlmittel ist man bei der erfindungsgemäßen Konstruktion völlig frei, eine besonders
gunstige Anordnung ergibt sich jedoch erfindungagemäß dann, wenn, bezogen auf die
Einbaulage des Statorgehäuses, der Zulaufstutzen der in die Nut eingebetteten Rohrschlange
oben, vorzugsweise im achsnahen Bereich, und der Ablaufstutzen unten angeordnet
sind. Es ergibt sich dadurch ein Gegenstrom des Kühlmittels zur aufsteigenden Wärme
und es werden Kreuzungen der Rohrschlange im St§rgehäuse vermieden.
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Es ist auch im Rahmen der Erfindung vorteilhaft, wenn die Rohrschlange
und die Fortsätze durch eine, auf die Außenfläche des Statorgehäuses aufgebrachte
Wärmeisolierschicht, z.B. aus Kunststoff, abgedeckt sind.
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Einerseits werden dadurch allfällige Sichtstellen der Rohrschlange
abgedeckt, anderseits entstehen keinerlei Wärmeverluste nach außen, so daß alle
vom innerhalb des Statorgehäuses angeordneten Motor abgegebene Wärme zwangsweise
durch das Kühlmittel abgeführt werden muß. Diese vom Kühlmittel abgeführte Wärme
kann gegebenenfalls über einen Wärmetauscher nutzbringend verwertet werden und gerade
bei Wärmepumpen od. dgl. sind auch geringe Mehranteile an zugeführter Wärme entscheidend.
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Das erSindungsgemaße Verfahren zur Herstellung eines erfindungsgemäf3en
Statorgehäuses kennzeichnet sich im wesentlichen dadurch, daß am Außenmantel des
Statorgehäuses eine, zumindest eine Nut und die Fortsätze bzw. Rippen bildende Profilierung
erzeugt wird, daß sodann in jede Nut eine Rohrschlange eingelegt wird und daß schließlich
die Fortsätze bzwh Rippen um den Außenmantel der Rohrschlange herumgebogen werden
und dadurch die Rohrschlange an den Nutengrund angedrückt wird. Dies ergibt ein
billiges und rasch durchzuführendes Herstellungsverfahren, insbesondere
wenn
gemäß einer Weiterbildung dieses Verfahrens zur Biegung der Fortsätze eine Andrückrolle
verwendet wird, deren Profil vorzugsweise gleich ist dem Außenprofil der um die
Rohrschlange herumgebogenen Fortsätze.
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Mit dieser Andrückrolle können die zu äeder Rohrschlange zugehörigen
beiden Fortsatzrippen audhzweimal umgebogen und so die Rohrschlange umklammernd
geschlossen werden.
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In der Zeichnung ist ein Ausführungabeispiel der Erfindung schematisch
dargestellt. Fig. 1 zeigt einen Veftikalschnitt durch die Achse des Statorgehäuses
und Fig. 2 eine Draufsicht auf das Statorgehäuse. Fig. 3 zeigt ein Detail in größerem
Maßstab. Fig. 4 zeigt, wie die Rippen zur Festlegung der Rohrschlange verformt werden
können.
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Das Statorgehäuse 1 dient zur Aufnahme des nur schematisch mit strichlierten
Linien angedeuteten Stators 2 des Motors einer elektrischen Kältemaschine, insbesondere
eines Kältekompressors. Der Stator 2 ist im Statorgehäuse in beliebiger an sich
bekannter Weise befestigt. Zweckmäßig ist das Statorgehäuse 1 hiezu an seinem Innenmantel
mit einer Absetzung 3 versehen, an die sich das Statorpaket anlehnt.
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Das Statorgehäuse besteht aus einem Grundkörper 4 aus leicht verformbarem
Material, insbesondere aus Aluminium, an dem außen eine Rohrschlange 5, insbesondere
aus Kupfer, befestigt ist. Die Rohrschlange 5 ist auf später noch näher beschriebene
Weise vom Material des Grundkörpers 4 des Statorgehäuses 1 abgedeckt und tritt nur
mit ihrem Zulaufstutzen 6 und mit ihrem Ablaufstutzen 7 aus dem Grundkörper 4 heraus.
Der Zulaufstutzen 6 ist- oben am Beginn des eingezogenen Kopfteiles 8 des Statorgehauses
1 angeordnet und parallel zur Achse 9 desselben gerichtet.
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Der Ablaufstutzen 7 ist hingegen unten-im Bereiche des Befestigungsrandes
10 des Statorgehäuses angeordnet und führt annähernd tangential von diesem Befestigungsrand
10 weg. Die einzelnen Gänge der Rohrschlange 5 sind um die Achse 9 so herumgewunden,
daß das durch die Rohrschlange 5 strömende Kühlmittel, insbesondere Wasser, zunächst
den oberen Abschnitt des zylindrischen Seitenbereiches 11 des
Statorgehäuses
1 kühlt und sodann den unteren Abschnitt desselben. -Die Strömungsrichtung des KEhlmittels
ist hiebei durch Pfeile 15 angedeutet. Im Seitenbereich 11 sind im Bereich des Befestigungsrandes
10 um den Umfang des Statorgehäuses 1 verteilt mehrere Durchbrechungen 12 vorgesehen,
deren jede ein parallel zur Achse 9 zum Unterrand 17 des Statorgehäuses 1 verlaufendes
Loch 13 hat, durch das eine Schraube 14 hindurchgesteckt werden kann, deren Kopf
in der Durchbrechung 12 versenkt angeordnet ist. Durch diese Schrauben 14 kann das
Statorgehäuse 1, z.B. an einer MontageplatteS befestigt werden.
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Im Seitenbereich 11 ist das Statorgehäuse außen mit einer Profilierung
versehen, die von einer schraubenlinienförmig um den Mantel des Statorgehäuses 1
verlaubeenden Nut 18 gebildet ist, die oben und unten von zwei Fortsätzen 19 in
Form die Nut begleitender Rippen berandet ist. Diese Fortsätze 19 können infolge
des verhältnismäßig weichen, plastisch biegsamen Materiales des Grundkörpers 4 des
Statorgehäuses 1 um die Rohrschlange 5 herumgebogen werden, so daß diese Fortsätze
19 die Rohrschlange 5 klammerartig umgreifen und die Rohrschlange 5 an den Grund
der Nut 18 andrücken, so daß ein guter Wtlrmeübergang vom Grundkörper 4 des Statorgehäuses
1 auf die Rohrschlange 5 und Somit auf das in dieser strömende KühltaitteS gegeben
ist. Zweckmäßig stehen in unverformtem Zustand die beiden Fortsätze 19 Jeder Nut
18 gleich weit von der Achse 9 des Statorgehäuses 1 ab, so daß die beiden Fortsätze
im umgebogenen Zustand die Rohrschlange 5 von einander entgegengesetzten Seiten
zu je zu gleichen Teilen übergreifen. Die Enden der Fortsätze.19 können sich hiebei
berühren, so daß die Rohrschlange 5 zur Gänze abgedeckt ist. Um die Verformung der
Fortsätze 19 zu erleichtern, verringert sich der Querschnitt jeder von einem Fortsatz
gebildeten Rippe vom Grund der Nut 18 weg.
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Die beschriebene Verformung der Fortsätze 19 kann nach Einlegen der
Rohrschlange 5 in die Nut 18 mittels einer AndrUckrolle 20 (Fig. 4) erfoien, deren
Profil 21 gleich ist dem Außenprofil 22 der beiden um die Rohrschlange 5 herumgebogenen
Fortsätze 19.
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Um Wärmeabstrahlungen oder Wärmeableitungen vom Statorgehäuse 1 nach
außen zu vermeiden, können die Fortsätze 19 bzw. die gesamte Außenfläche 16 des
Statorgehäuses 1 durch eine daran haftende, nicht dargestellte Wärmeisolierschicht,
z.B. aus Kunststoff abgedeckt sein. Die Aufbringung dieser Wärmeisolierschicht erfolgt
zweckmäßig erst nach der Verformung der Fortsätze 19, um bei diesem Verformungsvorgang
die Wärmeisolierschicht nicht zu verletzen.
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Die Verformung der Fortsätze 19 kann für jede Nut 18 in einem Arbeitsgang
erfolgen, wenn dafür Sorge getragen ist, daß das Profil 21 der AndrUckrolle 20 genugend
breit ist, so daß beide Fortsätze 19 jeder Nut 18 zusammen erfaßt und gegen die
Mitte gedrückt werden. Im allgemeinen ist es jedoch vorzuziehen, die Andrückung
der beiden Fortsätze 19 in zwei Arbeitsgängen durchzufhhren, wobei die Andrückrolle
20 mit ihrer Achse 23 in zwei verschiedenen Schrägstellungen in Bezug auf die Achse
9 des Statorgehäuses 1 geführt wird.
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Die Herstellung der Fortsätze 19 kann schon beim Gießen des Grundkörpers
4 des Statorgehäuses 1 erfolgen.
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Es ist jedoch auch möglich, die Fortsätze 19 erst danach, z.B. spanabhebend,
auszubilden.
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Um zu vermeiden, daß bei der Montage des Statorgehäuses bzw. beim
Anschluß des Ablaufstutzens 7 der Rohrschlange 5 die Rohrschlange 5-aus der Nut
18 unter Aufbiegung der Fortsätze 19 herausgezogen wird, kann, falls erforderlich,
im Bereich des Ablaufsutzens 7 eine Klemme 24 für das dem Ablaufstutzen 7 zugeordnete
Ende der Rohrschlange 5 vorgesehen sein. Die Klemme 24 (Fig. 1) weist einen Klemmkörper
25 auf, der sich unten außen am flanschartig verbreiterten Befestigungsrand 10 abstützt
und oben mit einer Backe 26, deren Form zweckmäßig dem Außenprofil zweier umgebogener
Fortsätze 19 angepaßt ist, an den Fortsätzen 19 abgestützt und dadurch die Fortsätze
und somit die Rohrschlange 5 festhält. Der Klemmkörper 25 wird durch eine Flügelmutter
27 angedockt, die auf einem Gewindebolzen 28 aufgeschraubt ist, der durch die Durchbrechung
12 zum inneren des Statorgehäuses 1 hindurchgesteckt ist
und innen
an einen Querbolzen 29 angeschweißt ist, der sich am Rand der Durchbrechung 12 abstützt.
Im allgemeinen ist jedoch eine derartige gesonderte Klemme 24 nicht erforderlich,
da die Rohrschlange 5 durch die um sie herumgebördelte Fortsätze 19 genügend sicher
gehalten wird.
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Falls gewünscht, kann eine ähnliche Klemme auch im Bereich des Zulaufstutzens
6 der Rohrschlange 5 vorgesehen sein.
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