EP4286074A1 - Verfahren zum herstellen eines gussteils und elektromotor - Google Patents

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EP4286074A1
EP4286074A1 EP22176116.6A EP22176116A EP4286074A1 EP 4286074 A1 EP4286074 A1 EP 4286074A1 EP 22176116 A EP22176116 A EP 22176116A EP 4286074 A1 EP4286074 A1 EP 4286074A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
heat transfer
support body
transfer tube
casting
solder
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
EP22176116.6A
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Peter Lutze
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Ae Group Ag
Original Assignee
Ae Group Ag
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Ae Group Ag filed Critical Ae Group Ag
Priority to EP22176116.6A priority Critical patent/EP4286074A1/de
Publication of EP4286074A1 publication Critical patent/EP4286074A1/de
Pending legal-status Critical Current

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    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B22—CASTING; POWDER METALLURGY
    • B22D—CASTING OF METALS; CASTING OF OTHER SUBSTANCES BY THE SAME PROCESSES OR DEVICES
    • B22D19/00—Casting in, on, or around objects which form part of the product
    • B22D19/0072—Casting in, on, or around objects which form part of the product for making objects with integrated channels
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B22—CASTING; POWDER METALLURGY
    • B22D—CASTING OF METALS; CASTING OF OTHER SUBSTANCES BY THE SAME PROCESSES OR DEVICES
    • B22D15/00—Casting using a mould or core of which a part significant to the process is of high thermal conductivity, e.g. chill casting; Moulds or accessories specially adapted therefor
    • B22D15/02—Casting using a mould or core of which a part significant to the process is of high thermal conductivity, e.g. chill casting; Moulds or accessories specially adapted therefor of cylinders, pistons, bearing shells or like thin-walled objects
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B22—CASTING; POWDER METALLURGY
    • B22D—CASTING OF METALS; CASTING OF OTHER SUBSTANCES BY THE SAME PROCESSES OR DEVICES
    • B22D19/00—Casting in, on, or around objects which form part of the product
    • B22D19/0081—Casting in, on, or around objects which form part of the product pretreatment of the insert, e.g. for enhancing the bonding between insert and surrounding cast metal

Definitions

  • the invention relates to a method for producing a casting, with the steps: (a) arranging a heat transfer tube on a support body and (b) casting liquid cast metal around the heat transfer tube and the support body, so that the casting is created.
  • the invention relates to an electric motor with (a) a rotor, (b) a stator, which is connected to a support body, the support body being non-positively and/or materially connected to a casting, and a heat transfer pipe which has a cooling channel surrounds, which is formed in the casting and connected to the support body.
  • a cooling channel When manufacturing electric motors, a cooling channel must generally be provided in the housing through which a cooling fluid circulates when the electric motor is in operation. Such a cooling channel can be produced, for example, by casting around the heat transfer pipe. The inside of the heat transfer tube forms the cooling channel.
  • the heat transfer pipe is arranged on a support body so that it is fixed locally during casting/recasting.
  • the heat transfer pipe is usually made of a heat transfer pipe material, in particular a metal, which differs from the cast metal.
  • the heat transfer pipe material has a higher strength than the cast metal.
  • the heat transfer pipe In order to be able to dissipate the heat as efficiently as possible, the heat transfer pipe should have the best possible thermal contact with its surroundings.
  • the invention is based on the object of reducing disadvantages in the prior art, in particular of improving the heat transfer into the heat transfer pipe.
  • the invention solves the problem by a generic method with step (c) materially connecting the heat transfer pipe before recasting the support body.
  • the invention solves the problem by the step of cooling the heat transfer tube during recasting.
  • the invention solves the problem by a generic electric motor which has a solder area which is formed between the heat transfer tube and the support body, wherein a solder in the solder area differs from the casting material of the encapsulation.
  • the advantage of the invention is that the heat transfer from the support body into the heat transfer pipe is improved.
  • a cohesive connection of the heat transfer pipe to the support body creates a firm connection between the heat transfer pipe and the support body. This reduces the appearance of gaps in the area between the heat transfer pipe and the support body. Gaps represent a significant barrier to the heat flow. Although there can still be gaps between the heat transfer pipe and the encapsulation, the resulting lower heat transfer from the encapsulation into the heat transfer pipe is not that heavy, since the heat flow from the support body into the encapsulation and from Casting into the heat transfer pipe is longer anyway than directly from the support body into the heat transfer pipe.
  • the cohesive connection of the heat transfer tube to the support body on the one hand and the cooling of the heat transfer tube during recasting on the other hand are both separately suitable for improving the heat transfer into the heat transfer tube.
  • both measures also have a synergistic effect, since the formation of gaps between the heat transfer pipe and the support body is particularly efficiently improved by the cohesive connection, whereas cooling during recasting improves the formation of gaps between the recasting and the heat transfer pipe.
  • arranging the heat transfer tube on the support body is understood in particular to mean that the heat transfer tube is arranged on the support body in such a way that it can be moved solely by moving the support body.
  • indefinite article means that there can be exactly one corresponding object or that there can be more than one corresponding object. For example, if we talk about a heat transfer tube, this means both exactly one heat transfer tube and at least one heat transfer tube.
  • the casting around the heat transfer pipe is preferably die casting, but this is not necessary; it can also be gravity casting or centrifugal casting, for example.
  • the casting around the heat transfer tube and the support body is carried out in such a way that the heat transfer tube is completely surrounded by the casting at least in sections.
  • connection is understood to mean, in particular, a flat, cohesive connection.
  • the cast metal is preferably aluminum, an aluminum alloy, zinc or a zinc alloy.
  • the cast metal preferably differs from the support body material from which the support body is constructed and the heat transfer tube material from which the heat transfer tube is constructed.
  • the support body material and the heat transfer pipe material have a higher heat transfer pipe material melting point than the cast metal.
  • the support body material has a higher mechanical strength than the cast material and/or the heat transfer pipe material.
  • the support body initially has an inner contour and/or outer contour that is in the form of a cylindrical jacket in sections.
  • the support body is at least partially tubular.
  • the cohesive connection is soldering, in particular brazing.
  • Brazing is understood in particular to mean that the solder used for soldering has a melting point of at least 450°C.
  • soldering is carried out, for example, by at least partially immersing the heat transfer tube and the support body in a solder bath.
  • soldering is carried out using a strip soldering system.
  • soldering solder is located between the support body and the heat transfer pipe and connects the two together.
  • the soldering preferably includes the steps (a) arranging solder, in particular a solder strip or solder portions, between the heat transfer tube and the support body and (b) heating the solder so that the solder connects the heat transfer tube and the support body.
  • the heating can, for example, be heating only the advertising medium tube, only the support body, only the solder or heating two of these objects or all three objects.
  • the solder is preferably an aluminum-silicon alloy, in particular aeutectic, i.e. non-eutectic.
  • the soldering is preferably a flat soldering.
  • a soldering contact area is at least 20%, preferably at least 35%, in particular at least 50%, of a heat transfer tube projection area of the heat transfer tube onto the support body.
  • the vertical projection of the solder area onto the support body is the solder effective contact area.
  • the shortest route to the support body is determined for each point of the plumb line, i.e. the area in which plumb is present.
  • the base point of this route is a point on the soldering contact surface.
  • the soldering contact area is the totality of all points determined in this way.
  • the heat transfer pipe projection area is determined by determining the shortest route to the support body for each point on the heat transfer pipe.
  • the base point of this route is a point on the heat transfer pipe projection surface.
  • the heat transfer pipe projection surface is the entirety of the base points determined in this way.
  • the solder melting temperature is below the cast metal melting temperature.
  • Cooling the heat transfer tube preferably includes flushing the heat transfer tube with a pressurized fluid.
  • the pressure fluid is, for example, a gas, i.e. a substance that is gaseous at 23 ° C and 1013 hPa.
  • a gas i.e. a substance that is gaseous at 23 ° C and 1013 hPa.
  • nitrogen, a noble gas or carbon dioxide or mixtures thereof are suitable.
  • a fluid pressure under which the pressurized fluid is during recasting, in particular when rinsing, is at least 30% of a maximum casting pressure during recasting. This makes it possible to use a comparatively thin-walled heat transfer pipe, since a smaller pressure difference acts on the heat transfer pipe during die casting.
  • the fluid pressure during recasting is at most 120% of the maximum casting pressure. This reduces the likelihood of plastic deformation of the heat transfer pipe.
  • the pressure fluid is introduced into the heat transfer pipe with an inlet temperature that is smaller than the cast metal melting temperature and differs from the cast metal melting temperature by at least 100 Kelvin.
  • the inlet temperature is at least 100 Kelvin lower than the cast metal melting temperature.
  • the input temperature differs from the cast metal melting temperature by a maximum of 600 Kelvin.
  • An input temperature that is too low can lead to increased thermal stresses and is therefore generally not desirable.
  • the cooling fluid leaves the heat transfer pipe with an initial temperature that differs from the melting temperature of the cast metal by at least 50 Kelvin. This ensures that a sufficient amount of heat is dissipated from the casting.
  • the cooling fluid leaves the heat transfer pipe preferably with an initial temperature that differs from the cast metal melting temperature by a maximum of 300 Kelvin.
  • the cooling involves the following steps (a) filling the heat transfer tube with pressurized fluid, in particular with a fluid pressure of at least 10 MPa, (b) then closing the heat transfer tube, in particular by closing the ends of the heat transfer tube, (c) pouring around the Heat transfer pipe and (d) then draining the pressure fluid.
  • the pressure fluid is nitrogen
  • a pressure bottle or a pressure tank can be used as the pressure fluid source.
  • the heat transfer pipe will be filled with the pressure fluid and will be closed at both ends, meaning it will no longer be connected to the gas supply during the casting process. It then has an inlet temperature of initially approximately room temperature, for example approximately 300 K. Since the temperature of the heat transfer pipe increases to (almost) the temperature of the casting when pouring in, for example 800-900 K and thus 2-3 times the temperature (in Kelvin) compared to the input temperature.
  • the pressure fluid can also be a liquid, for example water or an aqueous solution. It is beneficial if the liquid is not flammable. Preferably the boiling point of the liquid is above 50°C and/or below half the cast metal melting temperature (in Kelvin). In this case, at least some of the liquid evaporates when poured over. This absorbs evaporation heat, which causes cooling. In addition, the evaporation leads to an increase in pressure, so that this pressure increase at least partially compensates for the casting pressure. This results in a lower overall force on the conversion of the heat transfer pipe.
  • a liquid for example water or an aqueous solution. It is beneficial if the liquid is not flammable. Preferably the boiling point of the liquid is above 50°C and/or below half the cast metal melting temperature (in Kelvin). In this case, at least some of the liquid evaporates when poured over. This absorbs evaporation heat, which causes cooling. In addition, the evaporation leads to an increase in pressure, so that this pressure increase at least partially compensates for
  • the positive connection of the heat transfer tube to the support body is preferably bonded with an inorganic adhesive.
  • This adhesive can be, for example, water glass. It is advantageous if the adhesive layer has a thickness of at most 0.2 mm, in particular at most 0.1 mm. Although such an adhesive layer represents thermal resistance, this effect is overcompensated by the fact that significantly fewer gaps occur in the area of the adhesive layer.
  • the heat transfer tube has a heat transfer tube cross section that has an aspect ratio of at least two, in particular at least three.
  • the heat transfer pipe has, on the one hand, a small radial thickness, i.e. a small thickness that is measured in the direction away from the support body. This in turn allows for a comparatively thin casting.
  • the heat transfer pipe runs at least in sections flat along the support body. This is understood in particular to mean that the surface that the heat transfer pipe faces the support body follows the contour of the support body. In this way the thermal resistance is reduced.
  • the heat transfer pipe preferably runs spirally, at least in sections.
  • the casting is tempered at a temperature that is lower than the melting point of the cast metal. Tempering can also be called tempering. It is possible that the tempering temperature is greater than the solder melting temperature. However, it is generally cheaper if the tempering temperature is lower than the solder melting temperature.
  • the tempering temperature is preferably between 35% and 95% of the cast metal melting point (in Kelvin).
  • the method preferably includes the step of positioning, in particular mounting, at least one stator part in a support body interior of the support body. In this way, the casting can easily be converted into an electric motor.
  • the casting of the advertising medium tube and the support body is carried out in such a way that a rotation-proof connection is formed between the stator part and the casting, which is created by the solidification of the liquid casting metal.
  • the casting pressure and/or the post-compaction pressure during recasting is selected so that the support body deforms plastically radially inwards.
  • the stator part preferably has such a high, in particular radial, strength that it does not deform plastically when recasting.
  • the strength is preferably so high that the stator interior has the same internal dimensions after the casting has been removed from the mold as after positioning in the support body. It is favorable, but not necessary, if the stator part is not firmly, in particular releasably, connected to the support body before the liquid cast metal is cast around the support body.
  • the casting forms the housing that surrounds the stator part and is at the same time firmly connected to it.
  • the heat transfer tube has a core when recasting, in particular when arranging the heat transfer tube on the support body.
  • the core preferably consists of sand or salt.
  • the method preferably includes the step of removing the core after recasting, so that a channel is created.
  • this channel is connected to a first connection and a second connection, so that a fluid, in particular a liquid, can be conducted into the channel through the first connection and out of the channel by means of the second connection. The channel can then be used as a cooling channel.
  • the salt core or the salt molding preferably consists of a salt mixture which contains at least one chloride, in particular an alkali metal chloride, and at least one carbonate.
  • the method preferably includes the step of introducing a rotor into the casting, in particular into a stator part interior of the stator part, so that an electric motor is created.
  • the rotor is rotatably mounted, in particular by means of roller bearings.
  • the support body is arranged in a mold in such a way that the interior of the support body is sealed against the mold. In this case, no liquid cast metal gets into the interior of the support body. In other words, the recasting takes place in such a way that no liquid recast metal gets into the interior.
  • the method comprises steps (a) after arranging the support body in the mold, closing the mold by moving at least two mold parts towards each other. It is advantageous if the support body is sealed against the mold at its support body end faces when the at least two molded parts are moved towards one another.
  • stator part is fixed in the casting mold.
  • FIG. 1 shows an electric motor 10 according to the invention in an exploded view.
  • the electric motor has a rotor 12 which is surrounded by a stator part 14.
  • the stator 14 is surrounded by a housing 16, which is a cast part. It should be noted that castings that are not housings can also be produced according to the invention.
  • the electric motor 10 has a first connection 18.1 for supplying a fluid, here in the form of coolant, and a second connection 18.2 for discharging the coolant.
  • the stator part 14 can be connected to a power source for driving the electric motor 10 through power connections 20.1, 20.2.
  • a cooling channel 20 (compare Figure 2a ) which is connected to the connections 18.1, 18.2.
  • the production of the housing 16 together with the cooling channel 20 is described below.
  • FIG. 2a shows a heat transfer pipe 22, which can run spirally in sections, but does not have to.
  • the heat transfer tube 22 consists of a heat transfer tube material that has a heat transfer tube material melting point T 22 .
  • the heat transfer pipe material can be, for example, a wrought aluminum alloy, in particular from the 6000 series according to EN 573-3/4.
  • Figure 2b shows a support body 24, which has a support body interior 26, in the present case cylindrical.
  • the solder is, for example, an aeutectic aluminum-silicon alloy, in this case AlSi10Mg.
  • the solder has a solder melting temperature T 30 , for which preferably, but not necessarily, 450 ° C ⁇ T 30 ⁇ T 22 applies.
  • T 22 - T 30 ⁇ 10 Kelvin preferably applies.
  • FIG. 2c shows the heat transfer tube 22 on the support body 24.
  • the solder 30 is arranged between the heat transfer tube 22 and the support body 24. Subsequently, the heat transfer tube 22, the support body 24 and the solder 30 are heated to a soldering temperature T l . For example, T 30 ⁇ T l ⁇ T 22 . As a result, the heat transfer pipe 22 is connected to the support body 24 in a materially bonded manner.
  • Figure 2d shows a cross section through the heat transfer tube 22 on the support body 24 to explain the calculation of a soldering contact area A 30 .
  • all areas in which the solder 30 is present are projected perpendicularly onto the supporting body lateral surface 28; the combination of all the surfaces thus obtained is the solder active contact surface A 30 .
  • a heat transfer pipe projection surface A 22 results accordingly by vertically projecting the heat transfer pipe 22 onto the support body outer surface 28. It is favorable, although not necessary, if 0.65 * A 22 ⁇ A 30 ⁇ 1.2 * A 22 applies.
  • stator part 14 is introduced into the support body interior 26 with or without play. This situation is in cross-section Figure 3a shown.
  • Figure 3b shows the support body 24, the heat transfer tube 22 materially connected thereto and the stator part 14 in a mold 34, which has a first molded part 36.1 and a second molded part 36.2.
  • the mold 34 is shown in its open position. It can be seen that the stator part 14 has a coil 38 which has a plurality of electrical turns of a wire 40, in particular a copper wire.
  • Figure 4a shows the situation in which the two molded parts 36.1, 36.2 are closed.
  • the support body 24 is sealed on its support body end faces 42.1, 42.2 in such a way that the support body interior 26 cannot be filled with liquid metal.
  • Figure 4b shows the state after the support body 24 and heat transfer pipe 22 have been cast with cast metal 44.
  • the cast metal 44 has a cast metal melting temperature T 44 of, for example, 850 K.
  • the casting pressure can, but does not have to be, chosen so high that the support body 24 deforms radially inwards. Any existing gap 45 between the stator part 14 and the support body 24 is thereby closed. There is a rotationally fixed connection between the stator part 14 and the support body 24.
  • a post-compaction pressure p N can, but does not have to, be applied, which is preferably greater than the casting pressure ps. For example, 20 MPa ⁇ p N ⁇ 200 MPa This means that cast metal 44 is supplied, which compensates for shrinkage caused by solidification. It is preferred However, it is not necessary that the post-compaction pressure p N is greater than the casting pressure ps.
  • a coating 46 is formed, which in the present case represents the housing 16. After cooling, the resulting casting 16 is removed from the mold.
  • Figure 5a shows the removed casting 16. It can be seen that a core 48 can be formed in the heat transfer tube 22.
  • the core 48 preferably consists of sand, salt or a sand-salt mixture.
  • the core 48 is washed out, in particular using water, so that the in Figure 5b The situation shown results in the heat transfer tube 22 being filled and forming the cooling channel 20.
  • Figure 5b shows the state after the rotor 12 has been arranged in the support body interior 26.
  • the rotor 12 is mounted by means of two bearings 50.1, 50.2, which are preferably roller bearings, in particular ball bearings.
  • the second rolling bearing 50.2 can be formed, for example, on a bearing plate 52 or a cover.
  • the heat transfer pipe 22 can be connected to a schematically shown pressurized fluid source 54, although this is not necessary.
  • Pressurized fluid 56 is removed from the pressurized fluid source 54 and a fluid pressure p F can be set inside the heat transfer tube 22.
  • p F 0.6 MPa.
  • a pressure fluid flow V 56 can be set, but this is not necessary.
  • the heat transfer pipe 22 is contacted at a second point.
  • the pressurized fluid 56 leaves the mold 34 through an outlet 58 into the environment.
  • the pressurized fluid, cooled or uncooled, is resupplied to the pressurized fluid source 54.
  • the heat transfer pipe 22 it is also possible for the heat transfer pipe 22 to be sealed in a gas-tight manner after being filled with the pressure fluid 56. The cast metal 44 is then filled in.
  • the cooling fluid has a pressure fluid temperature of, for example, 10 ° C ⁇ T 56 ⁇ T 44 -50 K.
  • the pressure fluid flow V 56 and the pressure fluid temperature T 56 are selected so that the cast metal 44 first solidifies on the heat transfer pipe 22. The solidification front then spreads away from the heat transfer tube 22.
  • Figure 6a shows a possible cross section of the heat transfer tube 22, which in this case is rectangular.
  • Figure 6b shows another possible cross section of the heat transfer tube 22.
  • A a 1 /a 2 of the cross section
  • a ⁇ 2 preferably applies.
  • 1 ⁇ A ⁇ 10 applies.
  • Electric motor 44 Cast metal 12 rotor 45 gap 14 Stator part 46 gap 16 Casting, housing 48 core 18 Connection 20 Cooling channel 50 camp 52 Bearing shield 22 Heat transfer pipe 54 Pressurized fluid source 24 Support body 56 Pressurized fluid 26 Support body interior 58 outlet 28 Support body lateral surface A aspect ratio 30 Lot A30 Solder contact surface 32 Solder tape A22 Heat transfer pipe projection surface 34 mold 36 moldings p F Fluid pressure 38 Kitchen sink p N Recompression pressure ps Casting print 40 wire T22 Heat transfer pipe material melting point 42 face T44 Cast metal melting temperature Tl soldering temperature

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Motor Or Generator Cooling System (AREA)

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Herstellen eines Gussteils (16), mit den Schritten Anordnen eines Wärmeträgerrohrs (22) auf einem Stützkörper (24) und Umgießen des Wärmeträgerrohrs (22) und des Stützkörpers (24) mit flüssigem Umgussmetall (44), sodass das Gussteil (16) entsteht, wobei vor dem Umgießen ein stoffschlüssiges Verbinden des Wärmeträgerrohrs (22) mit dem Stützkörper (24) und/oder beim Umgießen ein Kühlen des Wärmeträgerrohrs (22) erfolgt.

Description

  • Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Herstellen eines Gussteils, mit den Schritten: (a) Anordnen eines Wärmeträgerrohrs auf einem Stützkörper und (b) Umgießen des Wärmeträgerrohrs und des Stützkörpers mit flüssigem Umgussmetall, sodass das Gussteil entsteht. Gemäß einem zweiten Aspekt betrifft die Erfindung einen Elektromotor mit (a) einem Rotor, (b) einem Stator, der mit einem Stützkörper verbunden ist, wobei der Stützkörper kraftschlüssig und/oder stoffschlüssig mit einem Umguss verbunden ist, und einem Wärmeträgerrohr, das einen Kühlkanal umgibt, der im Umguss ausgebildet und mit dem Stützkörper verbunden ist.
  • Bei der Herstellung von Elektromotoren muss im Gehäuse in der Regel ein Kühlkanal vorgesehen werden, durch den beim Betrieb des Elektromotors ein Kühlfluid zirkuliert. Ein derartiger Kühlkanal kann beispielsweise dadurch hergestellt werden, dass das Wärmeträgerrohr umgossen wird. Das Innere des Wärmeträgerrohrs bildet den Kühlkanal. Das Wärmeträgerrohr wird auf einem Stützkörper angeordnet, damit es beim Gießen/Umgießen örtlich fixiert wird. Zudem ist das Wärmeträgerrohr in der Regel aus einem Wärmeträgerrohrmaterial, insbesondere einem Metall, aufgebaut, das sich vom Umgussmetall unterscheidet. Beispielsweise besitzt das Wärmeträgerrohrmaterial eine höhere Festigkeit als das Umgussmetall.
  • Um die Wärme möglichst effizient abführen zu können, sollte das Wärmeträgerrohr einen möglichst guten thermischen Kontakt mit seiner Umgebung haben.
  • Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, Nachteile im Stand der Technik zu vermindern, insbesondere den Wärmeübergang in das Wärmeträgerrohr zu verbessern.
  • Die Erfindung löst das Problem durch ein gattungsgemäßes Verfahren mit dem Schritt (c) vor dem Umgießen stoffschlüssiges Verbinden des Wärmeträgerrohrs mit dem Stützkörper. Alternativ oder zusätzlich löst die Erfindung das Problem durch den Schritt des Kühlens des Wärmeträgerrohrs beim Umgießen.
  • Gemäß einem zweiten Aspekt löst die Erfindung das Problem durch einen gattungsgemäßen Elektromotor, der einen Lotbereich aufweist, der zwischen dem Wärmeträgerrohr und dem Stützkörper ausgebildet ist, wobei ein Lot im Lotbereich sich von dem Gussmaterial des Umgusses unterscheidet.
  • Vorteilhaft an der Erfindung ist, dass der Wärmeübergang vom Stützkörper in das Wärmeträgerrohr verbessert wird. Ein stoffschlüssiges Verbinden des Wärmeträgerrohrs mit dem Stützkörper, beispielsweise durch Hartlöten, schafft eine feste Verbindung zwischen dem Wärmeträgerrohr und dem Stützkörper. Das vermindert die Ausprägung von Spalten im Bereich zwischen dem Wärmeträgerrohr und dem Stützkörper. Spalten stellen eine signifikante Barriere für den Wärmestrom dar. Zwar kann es weiter zu Spalten zwischen dem Wärmeträgerrohr und dem Umguss kommen, der dadurch bewirkte geringere Wärmeübergang vom Umguss in das Wärmeträgerrohr wiegt jedoch nicht so schwer, da der Wärmestrom vom Stützkörper in den Umguss und vom Umguss in das Wärmeträgerrohr ohnehin länger ist als direkt vom Stützkörper in das Wärmeträgerrohr.
  • Durch das Kühlen des Wärmeträgerrohrs beim Umgießen wird erreicht, dass die Erstarrung des Umgussmetalls am Wärmeträgerrohr beginnt und sich die Erstarrungsfront des erstarrenden Umgussmetalls vom Wärmeträgerrohr weg bewegt. Da Metalle beim Erstarren schrumpfen, führt dies zu Druck-Eigenspannungen in der Grenzfläche zwischen dem Wärmeträgerrohr und dem Stützkörper. Das behindert die Ausbildung von Spalten.
  • Das stoffschlüssige Verbinden von Wärmeträgerrohr mit dem Stützkörper einerseits und das Kühlen des Wärmeträgerrohrs beim Umgießen andererseits sind beide für sich getrennt geeignet, den Wärmeübergang in das Wärmeträgerrohr zu verbessern. Beide Maßnahmen wirken jedoch auch synergistisch, da die Spaltbildung zwischen dem Wärmeträgerrohr und dem Stützkörper durch das stoffschlüssige Verbinden besonders effizient verbessert wird, wohingegen das Kühlen beim Umgießen die Spaltbildung zwischen dem Umguss und dem Wärmeträgerrohr verbessert.
  • Im Rahmen der vorliegenden Beschreibung wird unter dem Anordnen des Wärmeträgerrohrs auf dem Stützkörper insbesondere verstanden, dass das Wärmeträgerrohr so auf dem Stützkörper angeordnet wird, dass es allein durch Bewegen des Stützkörpers bewegt werden kann.
  • Die Verwendung des unbestimmten Artikels bedeutet, dass genau ein entsprechendes Objekt oder dass mehr als ein entsprechendes Objekt vorhanden sein kann. Wird beispielsweise von einem Wärmeträgerrohr gesprochen, so ist damit sowohl genau ein Wärmeträgerrohr als auch zumindest ein Wärmeträgerrohr gemeint.
  • Das Umgießen des Wärmeträgerrohrs ist vorzugsweise ein Druckgießen, das ist aber nicht notwendig, es kann sich beispielsweise auch um einen Schwerkraftguss oder einen Schleuderguss handeln.
  • Insbesondere wird das Umgießen des Wärmeträgerrohrs und des Stützkörpers so durchgeführt, dass das Wärmeträgerrohr zumindest abschnittsweise vollständig vom Umguss umgeben ist.
  • Unter dem stoffschlüssigen Verbinden wird insbesondere ein flächiges stoffschlüssiges Verbinden verstanden. In anderen Worten werden das Wärmeträgerrohr und der Stützkörper nicht lediglich durch einzelne Verbindungspunkte miteinander verbunden, sondern durch eine oder mehrere flächige Verbindungflächen. Bei dem Umgussmetall handelt es sich vorzugsweise um Aluminium, eine Aluminiumlegierung, Zink oder eine Zinklegierung.
  • Das Umgussmetall unterscheidet sich vorzugsweise vom Stützkörper-Material, aus dem der Stützkörper aufgebaut ist, und dem Wärmeträgerrohr-Material, aus dem das Wärmeträgerrohr aufgebaut ist. Insbesondere haben das Stützkörper-Material und das Wärmeträgerrohr-Material einen höheren Wärmeträgerrohrmaterial-Schmelzpunkt als das Umgussmetall.
  • Günstig ist es, wenn das Stützkörper-Material eine höhere mechanische Festigkeit aufweist als das Gussmaterial und/oder das Wärmeträgerrohr-Material.
  • Günstig ist es, wenn der Stützkörper eine zunächst abschnittsweise zylindermantelförmige Innenkontur und/oder Außenkontur hat. Insbesondere ist der Stützkörper zumindest abschnittsweise rohrförmig.
  • Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform ist das stoffschlüssige Verbinden ein Festlöten, insbesondere ein Hartlöten. Unter Hartlöten wird insbesondere verstanden, dass das zum Löten verwendete Lot einen Schmelzpunkt von zumindest 450°C hat.
  • Das Festlöten erfolgt beispielsweise durch zumindest teilweises Eintauchen des Wärmeträgerrohrs und des Stützkörpers in ein Lotbad. Insbesondere wird das Festlöten mittels einer Bandlötanlage durchgeführt. Durch das Festlöten befindet sich Lot zwischen dem Stützkörper und dem Wärmeträgerrohr und verbindet beide miteinander.
  • Alternativ umfasst das Festlöten vorzugsweise die Schritte (a) Anordnen von Lot, insbesondere eines Lotbands oder von Lotportionen, zwischen dem Wärmeträgerrohr und dem Stützkörper und (b) Erwärmen des Lots, sodass das Lot das Wärmeträgerrohr und den Stützkörper verbindet. Das Erwärmen kann beispielsweise ein Erwärmen nur des Werbeträgerrohrs, nur des Stützkörpers, nur des Lots oder ein Erwärmen von zwei dieser Objekte oder aller drei Objekte sein.
  • Das Lot ist vorzugsweise eine, insbesondere aeutektische, also nicht-eutektische, Aluminium-Silizium-Legierung.
  • Vorzugsweise ist das Festlöten ein flächiges Festlöten. Insbesondere beträgt eine Lotwirkkontaktfläche zumindest 20 %, vorzugsweise zumindest 35 %, insbesondere zumindest 50 %, einer Wärmeträgerrohr-Projektionsfläche des Wärmeträgerrohrs auf den Stützkörper. Die senkrechte Projektion des Lotbereichs auf den Stützkörper ist die Lotwirkkontaktfläche. In anderen Worten wird für jeden Punkt des Lotbereichs, also des Bereichs, in dem Lot vorhanden ist, die kürzeste Strecke zum Stützkörper bestimmt. Der Fußpunkt dieser Strecke ist ein Punkt der Lotwirkkontaktfläche. Die Lotwirkkontaktfläche ist die Gesamtheit aller so ermittelten Punkte.
  • Die Wärmeträgerrohr-Projektionsfläche wird bestimmt, indem für jeden Punkt des Wärmeträgerrohrs die kürzeste Strecke zum Stützkörper ermittelt wird. Der Fußpunkt dieser Strecke ist ein Punkt der Wärmeträgerrohr-Projektionsfläche. Die Wärmeträgerrohr-Projektionsfläche ist die Gesamtheit so ermittelter Fußpunkte.
  • Vorzugsweise liegt die Lot-Schmelztemperatur unterhalb der Umgussmetall-Schmelztemperatur.
  • Das Kühlen des Wärmeträgerrohrs umfasst vorzugsweise ein Spülen des Wärmeträgerrohrs mit einem Druckfluid. Das Druckfluid ist beispielsweise ein Gas, also ein Stoff, der bei 23°C und 1013 hPa gasförmig ist. Geeignet sind beispielsweise Stickstoff, ein Edelgas oder Kohlendioxid oder Mischungen daraus.
  • Vorzugweise beträgt ein Fluiddruck, unter dem das Druckfluid beim Umgießen, insbesondere bei Spülen, steht, zumindest 30% eines maximalen Gussdrucks beim Umgießen. Das ermöglicht es, ein vergleichsweise dünnwandiges Wärmeträgerrohr zu verwenden, da beim Druckguss eine kleinere Druckdifferenz auf das Wärmeträgerrohr wirkt.
  • Vorzugsweise beträgt der Fluiddruck beim Umgießen höchstens 120% des maximalen Gussdrucks. Das vermindert die Wahrscheinlichkeit einer plastischen Verformung des Wärmeträgerrohrs.
  • Um eine gute Kühlwirkung zu erreichen, ist es vorteilhaft, wenn das Druckfluid mit einer Eingangstemperatur in das Wärmeträgerrohr eingebracht wird, die kleiner ist als die Umgussmetall-Schmelztemperatur und sich von der Umgussmetall-Schmelztemperatur um zumindest 100 Kelvin unterscheidet. In anderen Worten ist die Eingangstemperatur um zumindest 100 Kelvin kleiner als die Umgussmetall-Schmelztemperatur. Dadurch wird bei einem vorgegebenen Druckfluidstrom eine höhere Kühlleistung erreicht.
  • Alternativ oder zusätzlich ist es vorteilhaft, wenn die Eingangstemperatur sich um höchstens 600 Kelvin von der Umgussmetall-Schmelztemperatur unterscheidet. Eine zu niedrige Eingangstemperatur kann zu erhöhten thermischen Spannungen führen und ist daher in der Regel nicht erwünscht.
  • Vorzugsweise verlässt das Kühlfluid das Wärmeträgerrohr mit einer Ausgangstemperatur, die sich von der um Umgussmetall-Schmelztemperatur um zumindest 50 Kelvin unterscheidet. Auf diese Weise ist sichergestellt, dass hinreichend viel Wärme aus dem Gussteil abgeführt wird. Alternativ oder zusätzlich verlässt das Kühlfluid das Wärmeträgerrohr vorzugweise mit einer Ausgangstemperatur, die sich von der Umgussmetall-Schmelztemperatur um höchstens 300 Kelvin unterscheidet.
  • Günstig ist es, wenn das Kühlen die folgenden Schritte (a) Füllen des Wärmeträgerrohrs mit Druckfluid , insbesondere mit einem Fluiddruck von zumindest 10 MPa, (b) danach Verschließen des Wärmeträgerrohrs, insbesondere durch Verschließen von der Enden des Wärmeträgerrohrs, (c) Umgießen des Wärmeträgerrohrs und (d) danach Ablassen des Druckfluids .
  • Beispielsweise ist das Druckfluid Stickstoff, wobei als Druckfluidquelle eine Druckflasche oder ein Drucktank verwendet werden kann. Das Wärmeträgerrohr wird mit dem Druckfluid gefüllt und vorliegen und an beiden Ende verschlossen sein, also beim Gießprozess nicht mehr mit der Gasversorgung verbunden sein. Es hat dann eine Eingangstemperatur von zunächst annähernd Raumtemperatur von beispielsweise ungefähr 300 K. Da die Temperatur des Wärmeträgerrohrs beim Eingießen bis auf (fast) die Temperatur des Umgusses ansteigt, werden beispielsweise 800-900 K und damit die 2-3-fache Temperatur (in Kelvin) gegenüber der Eingangstemperatur erreicht.
  • Damit ergibt sich dann auch ein Fluiddruck im Wärmeträgerrohr, der dem 2 bis 3-fachen dann, nach dem allgemeinen Gasgesetzt gerechnet, dem Nachverdichtungsdruck von ca. 100 MPa im Umguss nahekommt. Somit wird das Rohr durch den steigenden Innendruck gegen den Gussdruck stabilisiert und somit nicht komprimiert. Bei der nachfolgenden Abkühlung nimmt der Fluiddruck im Rohr dann temperaturbedingt wiederum auf den Ausgangsdruck ab. Zwischenzeitlich stabilisiert der Umguss das verlangsamt abkühlende, eingegossene Kühlrohr, das unter hohem Fluiddruck steht.
  • Bei dem Druckfluid kann es sich zudem um eine Flüssigkeit, beispielsweise Wasser oder eine wässrige Lösung, handeln. Günstig ist es, wenn die Flüssigkeit nicht brennbar ist. Vorzugsweise liegt ein Siedepunkt der Flüssigkeit oberhalb von 50°C und/oder unterhalb von der Hälfte der Umgussmetall-Schmelztemperatur (in Kelvin). In diesem Fall verdampft zumindest ein Teil der Flüssigkeit beim Umgießen. Dadurch wird Verdampfungswärme aufgenommen, was ein Kühlen bewirkt. Zudem führt das verdampfen zu eine Druckerhöhung, sodass diese Druckerhöhung den Gussdruck zumindest teilweise kompensiert. Dadurch resultiert eine geringere Gesamtkraft auf die Wandlung des Wärmeträgerrohrs.
  • Alternativ oder zusätzlich zum stoffschlüssigen Verbinden mittels Festlöten ist das formschlüssige Verbinden des Wärmeträgerrohrs mit dem Stützkörper vorzugsweise ein Festkleben mit einem anorganischen Klebstoff. Bei diesem Klebstoff kann es sich beispielsweise um Wasserglas handeln. Günstig ist es, wenn die Klebstoffschicht eine Dicke von höchstens 0,2 mm, insbesondere höchstens 0,1 mm, aufweist. Zwar stellt eine solche Klebstoffschicht einen Wärmewiderstand dar, dieser Effekt wird jedoch dadurch überkompensiert, dass im Bereich der Klebstoffschicht deutlich weniger Spalten auftreten.
  • Günstig ist es, wenn das Wärmeträgerrohr einen Wärmeträgerrohrquerschnitt hat, der ein Aspektverhältnis von zumindest zwei, insbesondere zumindest drei, hat. Dadurch hat das Wärmeträgerrohr einerseits eine geringe radiale Dicke, also eine kleine Dicke, die in Richtung vom Stützkörper weg gemessen wird. Das wiederum erlaubt ein vergleichsweise dünnes Gussteil.
  • Vorzugsweise verläuft das Wärmeträgerrohr zumindest abschnittsweise flächig entlang des Stützkörpers. Hierunter wird insbesondere verstanden, dass die Fläche, die das Wärmeträgerrohr dem Stützkörper zuwendet, der Kontur des Stützkörpers folgt. Auf diese Weise wird der Wärmewiderstand vermindert.
  • Das Wärmeträgerrohr verläuft vorzugsweise zumindest abschnittsweise spiralförmig.
  • Um Eigenspannungen im Gussteil zu vermindern ist gemäß einer bevorzugten Ausführungsform vorgesehen, das Gussteil bei einer Temperierungstemperatur zu temperieren, die kleiner ist als der Umgussmetall-Schmelzpunkt. Das Temperieren kann auch Tempern genannt werden. Es ist möglich, dass die Temperierungstemperatur größer ist als die Lot-Schmelztemperatur. Günstiger ist es jedoch in der Regel, wenn die Temperierungstemperatur kleiner ist als die Lot-Schmelztemperatur.
  • Vorzugsweise liegt die Temperierungstemperatur zwischen 35 % und 95 % des Umgussmetall-Schmelzpunkts (in Kelvin).
  • Vorzugsweise umfasst das Verfahren den Schritt des Positionierens, insbesondere eines Montierens, zumindest eines Statorteils in einem Stützkörper-Innenraum des Stützkörpers. Auf diese Weise kann das Gussteil leicht zu einem Elektromotor weitergebaut werden.
  • Vorzugsweise erfolgt das Umgießen des Werbeträgerrohrs und des Stützkörpers so, dass sich eine drehfeste Verbindung zwischen dem Statorteil und dem Umguss, der durch das Erstarren des flüssigen Umgussmetalls entsteht, ausbildet.
  • Insbesondere wird der Gussdruck und/oder der Nachverdichtungsdruck beim Umgießen so gewählt, dass der Stützkörper sich plastisch radial einwärts verformt. Das Statorteil besitzt vorzugsweise eine so hohe, insbesondere radiale, Festigkeit, dass es sich beim Umgießen nicht plastisch verformt. Insbesondere ist die Festigkeit vorzugsweise so hoch, dass der Stator-Innenraum nach dem Entformen des Gussteils aus der Gussform die gleichen Innenabmessungen hat wie nach dem Positionieren im Stützkörper. Günstig, nicht aber notwendig ist es, wenn das Statorteil vor dem Umgießen des Stützkörpers mit dem flüssigen Umgussmetall nicht fest, insbesondere lösbar, mit dem Stützkörper verbunden ist.
  • Der Umguss bildet das Gehäuse, das das Statorteil umgibt und gleichzeitig fest mit diesem verbunden ist.
  • Vorzugsweise hat das Wärmeträgerrohr beim Umgießen, insbesondere auch beim Anordnen des Wärmeträgerrohrs auf dem Stützkörper, einen Kern. Der Kern besteht vorzugsweise aus Sand oder Salz. Das Verfahren umfasst in diesem Fall vorzugsweise den Schritt des Herauslösens des Kerns nach dem Umgießen, sodass ein Kanal entsteht. Dieser Kanal wird gemäß einer bevorzugten Ausführungsform mit einem ersten Anschluss und einem zweiten Anschluss verbunden, sodass ein Fluid, insbesondere eine Flüssigkeit, durch den ersten Anschluss in den Kanal leitbar und mittels des zweiten Anschlusses aus dem Kanal leitbar ist. Der Kanal kann dann als Kühlkanal verwendet werden.
  • Vorzugsweise besteht der Salzkern oder das Salzformteil aus einer Salzmischung, die zumindest ein Chlorid, insbesondere ein Alkalimetallchlorid, und zumindest ein Carbonat enthält.
  • Vorzugsweise umfasst das Verfahren den Schritt des Einbringens eines Rotors in das Gussteil, insbesondere in einen Statorteil-Innenraum des Statorteils, sodass ein Elektromotor entsteht. Der Rotor ist drehbar gelagert, insbesondere mittels Wälzlager.
  • Günstig ist es, wenn der Stützkörper in einer Gussform so angeordnet wird, dass der Innenraum des Stützkörpers gegen die Gussform abgedichtet ist. In diesem Fall gelangt kein flüssiges Umgussmetall in den Innenraum des Stützkörpers. In anderen Worten erfolgt das Umgießen so, dass kein flüssiges Umgussmetall in den Innenraum gelangt.
  • Vorzugsweise umfasst das Verfahren die Schritte (a) nach dem Anordnen des Stützkörpers in der Gussform Schließen der Gussform durch Bewegen von zumindest zwei Formteilen auf einander zu. Günstig ist es, wenn der Stützkörper beim Bewegen der zumindest zwei Formteile auf einander an seinen Stützkörper-Stirnseiten gegen die Gussform abgedichtet wird.
  • Um einen reproduzierbaren Guss zu gewährleisten, ist es günstig, wenn das Statorteil in der Gussform fixiert wird.
  • Im Folgenden wird die Erfindung anhand der beigefügten Zeichnungen näher erläutert. Dabei zeigt
    • Figur 1
    eine perspektivische Explosionsansicht eines erfindungsgemäßen Elektromotors zum Erläutern eines erfindungsgemäßen Verfahrens,
    Figur 2
    in Teilfigur 2a eine perspektivische Ansicht eines Wärmeträgerrohrs, in Teilfigur 2b einen Stützkörper mit darauf angeordnetem Lot, in Teilfigur 2c das auf dem Stützkörper angeordnete Wärmeträgerrohr und in Teilfigur einen Querschnitt durch das Wärmeträgerrohr auf dem Stützkörper,
    Figur 3
    in Teilfigur 3a einen Querschnitt durch das Wärmeträgerrohr, den Stützkörper und ein eingebrachtes Statorteil und in in Teilfigur 3b die Anordnung gemäß Teilfigur 3a in einer geöffneten Gussform,
    Figur 4
    in Teilfigur 4a die Anordnung gemäß Figur 3b in der geschlossenen Gussform und in in Teilfigur 4b die Anordnung gemäß Figur 4 a mit eingebrachtem Umgussmetall,
    Figur 5
    in Teilfigur 5a das entformte Gussteil und in in Teilfigur 5b den fertigen Elektromotor und
    Figur 6
    in Teilfigur 6a einen Querschnitt durch ein Wärmeträgerrohr gemäß einer ersten Ausführungsform und in in Teilfigur 6b einen Querschnitt durch ein Wärmeträgerrohr gemäß einer ersten Ausführungsform.
  • Figur 1 zeigt einen erfindungsgemäßen Elektromotor 10 in einer Explosionsansicht. Der Elektromotor besitzt einen Rotor 12, der von einem Statorteil 14 umgeben ist. Der Stator 14 ist von einem Gehäuse 16 umgeben, das ein Gussteil ist. Es sei darauf hingewiesen, dass auch Gussteile erfindungsgemäß herstellbar sind, bei denen es sich nicht um Gehäuse handelt.
  • Der Elektromotor 10 besitzt einen ersten Anschluss 18.1 zum Zuführen eines Fluids, hier in Form von Kühlflüssigkeit, und einen zweiten Anschluss 18.2 zum Abführen der Kühlflüssigkeit. Das Statorteil 14 ist durch Stromanschlüsse 20.1, 20.2 mit einer Stromquelle zum Antreiben des Elektromotors 10 verbindbar.
  • Im Gehäuse 16 ist ein Kühlkanal 20 (vergleiche Figur 2a) ausgebildet, der mit den Anschlüssen 18.1, 18.2 in Verbindung steht. Im Folgenden wird die Herstellung des Gehäuses 16 mitsamt des Kühlkanals 20 beschrieben.
  • Figur 2a zeigt ein Wärmeträgerrohr 22, das abschnittsweise spiralförmig verlaufen kann, nicht aber muss. Das Wärmeträgerrohr 22 besteht aus einem Wärmeträgerrohr-Material, das einen Wärmeträgerrohrmaterial-Schmelzpunkt T22 hat. Das Wärmeträgerrohr-Material kann beispielsweise eine Aluminium-Knetlegierung sein, insbesondere aus der aus der 6000er Serie nach EN 573-3/4.
  • Figur 2b zeigt einen Stützkörper 24, der einen, im vorliegenden Fall zylinderförmigen, Stützkörper-Innenraum 26 hat. Auf einer Stützkörper-Mantelfläche 28 ist Lot 30, im vorliegenden Fall in Form eines Lotbands 32 angeordnet. Das Lot ist beispielsweise eine aeutektische Aluminium-Silizium-Legierung, im vorliegenden Fall AlSi10Mg.
  • Das Lot hat eine Lot-Schmelztemperatur T30, für das vorzugsweise, nicht aber notwendigerweise 450°C ≤ T30 ≤ T22 gilt. Vorzugsweise gilt gilt T22 - T30 ≥ 10 Kelvin.
  • Figur 2c zeigt das Wärmeträgerrohr 22 auf dem Stützkörper 24. Das Lot 30 ist zwischen dem Wärmeträgerrohr 22 und dem Stützkörper 24 angeordnet. Nachfolgend werden das Wärmeträgerrohr 22, der Stützkörper 24 und das Lot 30 auf eine Löttemperatur Tl erwärmt. Beispielsweise gilt T30 ≤ Tl < T22. Dadurch verbindet sich das Wärmeträgerrohr 22 stoffschlüssig mit dem Stützkörper 24.
  • Figur 2d zeigt einen Querschnitt durch das Wärmeträgerrohr 22 auf dem Stützkörper 24 zur Erläuterung der Berechnung einer Lotwirkkontaktfläche A30. Dazu werden alle Bereiche, in denen das Lot 30 vorhanden ist, senkrecht auf die Stützkörper-Mantelfläche 28 projiziert, die Vereinigungsmenge aller so erhaltenen Flächen ist die Lotwirkkontaktfläche A30.
  • Eine Wärmeträgerrohr-Projektionsfläche A22 ergibt sich entsprechend durch senkrechte Projektion des Wärmeträgerrohrs 22 auf die Stützkörper-Mantelfläche 28. Günstig, wenngleich nicht notwendig ist, wenn 0,65*A22 ≤ A30 ≥ 1,2*A22 gilt.
  • Nachfolgend wird das Statorteil 14 mit oder ohne Spiel in den Stützkörper-Innenraum 26 eingebracht. Diese Situation ist im Querschnitt in Figur 3a gezeigt.
  • Figur 3b zeigt den Stützkörper 24, das damit stoffschlüssig verbundene Wärmeträgerrohr 22 und das Statorteil 14 in einer Gussform 34, die ein erstes Formteil 36.1 und ein zweites Formteil 36.2 aufweist. In Figur 3b ist die Gussform 34 in ihrer geöffneten Stellung gezeigt. Es ist zu erkennen, dass das Statorteil 14 eine Spule 38 aufweist, die eine Vielzahl an elektrischen Windungen eines Drahts 40, insbesondere eines Kupferdrahts, aufweist.
  • Figur 4a zeigt die Situation, in der die beiden Formteile 36.1, 36.2 geschlossen sind. Dabei wird der Stützkörper 24 an seinen Stützkörper-Stirnflächen 42.1, 42.2 so abgedichtet, dass der Stützkörper-Innenraum 26 nicht mit flüssigem Metall gefüllt werden kann.
  • Figur 4b zeigt den Zustand nach dem Umgießen von Stützkörper 24 und Wärmeträgerrohr 22 mit Umgussmetall 44. Das Umgussmetall 44 hat eine Umgussmetall-Schmelztemperatur T44 von beispielsweise 850 K.
  • Das Umgießen erfolgt mit einem Gussdruck ps, für den beispielsweise ps = 60 MPa gilt. Der Gussdruck kann, muss aber nicht so hoch gewählt werden, dass sich der Stützkörper 24 radial einwärts verformt. Ein etwaig vorhandener Spalt 45 zwischen dem Statorteil 14 und dem Stützkörper 24 schließt sich dadurch. Es kommt zu einer drehfesten Verbindung zwischen dem Statorteil 14 und dem Stützkörper 24.
  • Nach dem Einbringen des Umgussmetalls 44 kann, nicht aber muss, ein Nachverdichtungsdruck pN angelegt werden, der vorzugsweise größer ist als der Gussdruck ps. Beispielsweise gilt 20 MPa ≤ pN ≤ 200 MPa Dadurch wird Umgussmetall 44 nachgeliefert, das ein erstarrungbedingtes Schwinden ausgleicht. Es ist bevorzugt, nicht aber notwendig, dass der Nachverdichtungsdruck pN größer ist als der Gussdruck ps.
  • Beim Erkalten des Gussmaterials 44 bildet sich ein Umguss 46, der im vorliegenden Fall das Gehäuse 16 darstellt. Nach dem Erkalten wird das entstandene Gussteil 16 entformt.
  • Figur 5a zeigt das entformte Gussteil 16. Es ist zu erkennen, dass im Wärmeträgerrohr 22 ein Kern 48 ausgebildet sein kann. Der Kern 48 besteht vorzugsweise aus Sand, Salz oder einem Sand-Salz-Gemisch. Der Kern 48 wird, insbesondere mittels Wasser, ausgewaschen, sodass sich die in Figur 5b gezeigte Situation ergibt, dass das Wärmeträgerrohr 22 gefüllt ist und den Kühlkanal 20 bildet.
  • Figur 5b zeigt den Zustand nach dem Anordnen des Rotors 12 im Stützkörper-Innenraum 26. Der Rotor 12 ist mittels zweier Lager 50.1, 50.2 gelagert, bei denen es sich vorzugsweise um Wälzlager, insbesondere Kugellager, handelt. Das zweite Wälzlager 50.2 kann beispielsweise an einem Lagerschild 52 oder einem Deckel ausgebildet sein.
  • Wenn der Stützkörper 24 mit dem Wärmeträgerrohr 22 in der Gussform 34 angeordnet ist, wie es in Figur 4a gezeigt ist, kann, was aber nicht notwendig ist, das Wärmeträgerrohr 22 mit einer schematisch eingezeichneten Druckfluidquelle 54 verbunden werden. Aus der Druckfluidquelle 54 wird Druckfluid 56 entnommen und damit ein Fluiddruck pF im Inneren des Wärmeträgerrohrs 22 eingestellt werden. Beispielsweise gilt pF = 0,6 MPa.
  • Solange das Umgussmetall 44 nicht erstarrt ist, kann ein Druckfluidstrom V56 eingestellt werden, das ist aber nicht notwendig. Dazu ist das Wärmeträgerrohr 22 an einer zweiten Stelle kontaktiert. Beispielsweise verlässt das Druckfluid 56 die Gussform 34 durch einen Auslass 58 in die Umgebung. Alternativ wird das Druckfluid, gekühlt oder ungekühlt, der Druckfluidquelle 54 erneut zugeführt. Es ist auch möglich, dass das Wärmeträgerrohr 22 nach dem Befüllen mit dem Druckfluid 56 gasdicht verschlossen wird. Danach wird das Umgussmetall 44 eingefüllt.
  • Das Kühlfluid hat eine Druckfluid-Temperatur von beispielsweise 10°C ≤ T56 ≤ T44-50 K. Der Druckfluidstrom V56 und die Druckfluid-Temperatur T56 sind so gewählt, dass das Umgussmetall 44 zunächst am Wärmeträgerrohr 22 erstarrt. Die Erstarrungsfront breitet sich dann vom Wärmeträgerrohr 22 weg aus.
  • Figur 6a zeigt einen möglichen Querschnitt des Wärmeträgerrohrs 22, der in diesem Fall rechteckig ist.
  • Figur 6b zeigt einen weiteren möglichen Querschnitt des Wärmeträgerrohrs 22. Für ein Aspektverhältnis A = a1/a2 des Querschnitts gilt vorzugsweise A ≥ 2. Beispielsweise gilt 1 < A ≤ 10. Bezugszeichenliste
    10 Elektromotor 44 Umgussmetall
    12 Rotor 45 Lücke
    14 Statorteil 46 Spalt
    16 Gussteil, Gehäuse 48 Kern
    18 Anschluss
    20 Kühlkanal 50 Lager
    52 Lagerschild
    22 Wärmeträgerrohr 54 Druckfluidquelle
    24 Stützkörper 56 Druckfluid
    26 Stützkörper-Innenraum 58 Auslass
    28 Stützkörper-Mantelfläche
    A Aspektverhältnis
    30 Lot A30 Lotwirkkontaktfläche
    32 Lotband A22 Wärmeträgerrohr-Projektionsfläche
    34 Gussform
    36 Formteilen pF Fluiddruck
    38 Spule pN Nachverdichtungsdruck
    ps Gussdruck
    40 Draht T22 Wärmeträgerrohrmaterial-Schmelzpunkt
    42 Stirnfläche
    T44 Umgussmetall-Schmelztemperatur
    Tl Löttemperatur

Claims (13)

  1. Verfahren zum Herstellen eines Gussteils (16), mit den Schritten:
    (a) Anordnen eines Wärmeträgerrohrs (22) auf einem Stützkörper (24) und
    (b) Umgießen des Wärmeträgerrohrs (22) und des Stützkörpers (24) mit flüssigem Umgussmetall (44), sodass das Gussteil (16) entsteht,
    gekennzeichnet durch den Schritt
    (c) vor dem Umgießen stoffschlüssiges Verbinden des Wärmeträgerrohrs (22) mit dem Stützkörper (24) und/oder
    (d) beim Umgießen Kühlen des Wärmeträgerrohrs (22).
  2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass
    (a) das stoffschlüssige Verbinden ein Festlöten ist und/oder
    (b) eine Lotwirkkontaktfläche (A30) zumindest 50% einer Wärmeträgerrohr-Projektionsfläche (A22) einer senkrechten Projektion des Wärmeträgerrohrs (22) auf den Stützkörper (24) beträgt.
  3. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Festlöten die folgenden Schritte aufweist:
    (a) Anordnen von Lot (30), insbesondere eines Lotbands (32) oder von Lotportionen, zwischen dem Wärmeträgerrohr (22) und dem Stützkörper (24) und
    (b) Erwärmen des Lots, sodass das Lot (30) das Wärmeträgerrohr (22) und den Stützkörper (24) verbindet.
  4. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass
    (a) das Kühlen des Wärmeträgerrohrs (22) ein Spülen des Wärmeträgerrohrs mit einem Druckfluid (56) umfasst und/oder
    (b) ein Fluiddruck (pF) des Druckfluids (56) beim Umgießen zumindest 30% eines maximalen Gussdrucks (ps) beim Umgießen des Wärmeträgerrohrs (22) mittels Spritzgießens beträgt und/oder höchstens 120% des maximalen Gussdrucks (ps) beträgt.
  5. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Kühlen die folgenden Schritte umfasst:
    (a) Füllen des Wärmeträgerrohrs (22) mit Druckfluid (56), insbesondere mit einem Fluiddruck von zumindest 10 MPa,
    (b) danach Verschließen des Wärmeträgerrohrs (22),
    (c) Umgießen des Wärmeträgerrohrs (22) und
    (d) danach Ablassen des Druckfluids (56).
  6. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass beim Umgießen des Wärmeträgerrohrs (22) das Kühlfluid
    (a) mit einer Eingangstemperatur in das Wärmeträgerrohr eingebracht wird, die kleiner ist als die Umgussmetall-Schmelztemperatur (T44) und sich von der um Umgussmetall-Schmelztemperatur (T44) um zumindest 100 Kelvin und/oder höchstens 600 Kelvin unterscheidet und/oder
    (b) das Wärmeträgerrohr (22) mit einer Ausgangstemperatur verlässt, die sich von der um Umgussmetall-Schmelztemperatur (T44) um zumindest 50 Kelvin und/oder höchstens 300 Kelvin unterscheidet.
  7. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das stoffschlüssige Verbinden ein Festkleben mit einem anorganischen Klebstoff, insbesondere mit Wasserglas, ist.
  8. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Wärmeträgerrohr (22)
    (a) einen Wärmeträgerrohrquerschnitt hat, der ein Aspektverhältnis (A) von zumindest zwei, insbesondere zumindest drei, hat und/oder
    (b) zumindest abschnittsweise flächig entlang des Stützkörpers (24) verläuft.
  9. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch den Schritt
    Temperieren des Gussteils (16) bei einer Temperierungstemperatur die höher/niedriger ist als die Lot-Schmelztemperatur
    zwischen 35 % und 95 % des Umgussmetall-Schmelzpunkts (in Kelvin) liegt.
  10. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch den Schritt
    (a) Positionieren zumindest eines Statorteils in einem Stützkörper-Innenraum (26) des Stützkörpers,
    (b) wobei das Umgießen des Wärmeträgerrohrs (22) und des Stützkörpers (24) so erfolgt, dass sich eine drehfeste Verbindung zwischen Statorteil (14) und einem Umguss, der durch das Erstarren des flüssigen Umgussmetalls (44) entsteht, ausbildet.
  11. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass
    (a) das Umgießen unter einem Gussdruck (ps) erfolgt, der so groß gewählt ist, dass der Stützkörper (24) sich radial einwärts verformt und/oder
    (b) der Gussdruck (ps) und/oder ein Nachverdichtungsdruck (pN) so gewählt ist, dass sich die drehfeste Verbindung zwischen Statorteil (14) und dem Umguss bildet.
  12. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch die Schritte:
    (a) Herauslösens eines Kerns des Wärmeträgerrohrs (22), der aus Sand und/oder Salz aufgebaut ist, wodurch ein Kanal entsteht,
    (b) Verbinden des Kanals mit einem ersten Anschluss (18.1) und einem zweiten Anschluss (18.2), sodass ein Fluid, insbesondere eine Flüssigkeit, durch den ersten Anschluss (18.1) in den Kanal leitbar und mittels des zweiten Anschlusses (18.2) aus dem Kanal leitbar ist,
    (c) Einbringen eines Rotors (12) in das Gussteil (16), insbesondere in den Stützkörper (24), sodass ein Elektromotor (10) entsteht.
  13. Elektromotor (10) mit
    (a) einem Rotor (12),
    (b) einem Stator, der mit einem Stützkörper (24) verbunden ist, wobei der Stützkörper (24) stoffschlüssig mit einem Umguss verbunden ist, und
    (c) einem Wärmeträgerrohr (22), das
    einen Kühlkanal (20) umgibt, der im Umguss ausgebildet und mit dem Stützkörper (24) verbunden ist,
    gekennzeichnet durch
    (d) einen Lotbereich, der zwischen dem Wärmeträgerrohr (22) und dem Stützkörper (24) ausgebildet ist, wobei ein Lot (30) im Lotbereich sich von einem Umgussmetall (44) des Umgusses unterscheidet.
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