WO2012159791A2

WO2012159791A2 - Elektrodynamische maschine mit einem zusatzmantel

Info

Publication number: WO2012159791A2
Application number: PCT/EP2012/054872
Authority: WO
Inventors: Timo Wehlen; Karl-Hermann Ketteler; Stephan Scharr
Original assignee: Zf Friedrichshafen Ag
Priority date: 2011-05-26
Filing date: 2012-03-20
Publication date: 2012-11-29
Also published as: DE102011076532A1; WO2012159791A3

Abstract

Die elektrodynamische Maschine (1) hat eine zumindest einen Stator (3) umfassende Aktiveinheit (2) und eine eine Längsachse (7) aufweisende Welle (6). Die Aktiveinheit (2) und zumindest ein Teil der Welle (6) sind in einem Gehäuse (8) angeordnet. Zwischen dem Gehäuse (8) und der Aktiveinheit (2) ist ein zusätzlicher Mantel (15) vorgesehen, in dem der Stator (3) gehalten ist. Der Mantel (15) hat in Richtung der Längsachse (7) gesehen zwei axiale Stirnseiten und ist an den beiden axialen Stirnseiten mit jeweils einem tangentialen Kontaktrand (16, 17) versehen, wobei der Mantel (15) zumindest in Umfangsrichtung ausschließlich mittels der beiden Kontaktränder (16, 17) an dem Gehäuse (8) abgestützt ist.

Description

Elektrodynamische Maschine mit einem Zusatzmantel

Die Erfindung betrifft eine elektrodynamische Maschine mit einer zumindest einen Stator umfassenden Aktiveinheit und mit einer eine Längsachse aufweisenden Welle.

Derartige elektrodynamische Maschinen sind in verschiedenen Ausgestaltungen bekannt. Sie können beispielsweise als Elektromotoren oder auch als elektrische Generatoren ausgeführt sein. Auch für die Aktiveinheit, innerhalb derer die eigentliche elektrodynamische Wechselwirkung stattfindet, sind verschiedene Ausführungsformen bekannt. Neben dem Stator umfasst die Aktiveinheit insbesondere auch einen Rotor, der üblicherweise drehfest auf der Welle angeordnet ist.

Während des Betriebs bislang bekannter elektrodynamischer Maschinen kommt es zu einer zum Teil nicht unerheblichen Geräuschentwicklung, die vor allem bei einer hohen Wellendrehzahl stark ausgebildet sein kann. Die diese Geräusche verursachenden mechanischen Schwingungen erzeugen dabei nicht nur einen das Bedienpersonal beeinträchtigenden Lärmpegel. Vielmehr können sie auch zu einer Beschädigung der elektrodynamischen Maschine oder von Komponenten, die im Umfeld der elektrodynamischen Maschine angeordnet sind, führen.

Die Aufgabe der Erfindung besteht deshalb darin, eine elektrodynamische Maschine der eingangs bezeichneten Art anzugeben, die auch bei einer hohen Drehzahl eine reduzierte Geräuschentwicklung aufweist.

Zur Lösung dieser Aufgabe wird eine elektrodynamische Maschine entsprechend den Merkmalen des Patentanspruchs 1 angegeben. Bei der elektrodynamischen Maschine sind die Aktiveinheit und zumindest ein Teil der Welle in einem Gehäuse angeordnet. Zwischen dem Gehäuse und der Aktiveinheit ist ein zusätzlicher Mantel vorgesehen, in dem der Stator gehalten ist. Der Mantel hat in Richtung der Längsachse gesehen zwei axiale Stirnseiten. Er ist an den beiden axialen Stirnseiten mit jeweils einem tangentialen Kontaktrand versehen, wobei der Mantel zumindest in Umfangsrichtung ausschließlich mittels der beiden Kontaktränder an dem Gehäuse abgestützt ist.

Bei der elektrodynamischen Maschine kann es sich insbesondere um einen elektrischen Motor oder um einen elektrischen Generator handeln. Die elektrodynamisch wirksame Aktiveinheit umfasst insbesondere neben dem Stator auch einen Rotor, der zumindest während des Betriebs magnetisch mit dem Stator gekoppelt ist. Aufgrund der besonderen Lagerung bzw. Abstützung des Stators - und damit insbesondere auch der Aktiveinheit insgesamt - innerhalb des Gehäuses über dem zusätzlichen Mantel, wird eine erhebliche Verringerung der von außen wahrnehmbaren Geräusche erreicht. Dieses günstige Schallemissionsverhalten ergibt sich insbesondere aufgrund der ausschließlichen Abstützung des Mantels an dem Gehäuse über die beiden Kontaktränder. Abgesehen von den durch diese beiden Kontaktränder gebildeten Kontaktflächen gibt es in Umfangsrichtung keine weiteren Berührungsstellen zwischen dem Mantel und dem Gehäuse.

Es wurde erkannt, dass die Geräuschentwicklung von elektrodynamischen Maschinen einerseits durch die Anregung von Pendelmomenten (= Tangentialan- regung über Lorentzkräfte), die über die Befestigungspunkte der elektrodynamischen Maschine durch Körperschallweiterleitung in die umgebende Struktur gekoppelt werden, und andererseits durch Radialschwingungen des Statorjochs, die durch elektromagnetische Kräfte (= Radialanregung mittels Maxwell'scher Zugspannungen) erzeugt und als Luft- und Körperschall weitergeleitet werden. Beide Anregungsarten haben ihre Ursache in der diskreten Verteilung von elektrischen Wicklungen in Nuten des Stators bzw. ggf. auch des Rotors und können grundsätzlich nicht verhindert werden. Eine weitere Ursache für Geräuschentwicklung ergibt sich bei einem Betrieb der elektrodynamischen Maschine über eine pulsierende Spannung eines pulswei- tenmodulierten (PWM)-Wechselrichters. Die Hauptursache für die Geräuschentwicklung ist die Radialkraftanregung, da die Tangentialkraftanregung wegen der großen beteiligten Schwungmassen des Stators und des Rotors nur selten von Bedeutung ist. Außerdem fällt die Biegeeigenfrequenz der Zähne des Stators und/oder des Rotors insbesondere erst bei sehr großvolumigen elektrodynamischen Maschinen in den hörbaren Frequenzbereich. Das Statorjoch ist in sich elastisch und kann sich durch Einwirkung der magnetischen Kräfte im Luftspalt zwischen dem Rotor und dem Stator in einer Vielzahl unterschiedlicher Eigenmoden verformen.

Das schwingende Statorjoch der elektrodynamischen Maschine lässt sich akustisch als zonaler Kugelstrahler auffassen. Bei kleinen Frequenzen nimmt die relative Strahlungsleistung des zonalen Kugelstrahlers mit steigender Ordnungszahl der Radialkraftanregung ab. Weiterhin nimmt die Steifigkeit des Stator-Jochs mit wachsender Ordnungszahl zu. Bei höheren Frequenzen nimmt die akustische Strahlungsleistung relativ gesehen zu und erreicht bei sehr hohen Frequenzen, die allerdings immer noch im hörbaren Bereich liegen, ein hohes Plateau. Dies ist insbesondere für elektrodynamische Maschinen, die bei einer hohen Drehzahl betrieben werden, von Bedeutung, da die Schall-Anregungsfrequenzen mit der Betriebsfrequenz der elektrodynamischen Maschine zunehmen. Insbesondere von Bedeutung sind weiterhin Anregungen, die in der Nähe der Schwingungsresonanz des Stator-Blechpakets in den jeweiligen Radialverformungsmoden liegen. Dennoch lässt sich diese Anregung zum Beispiel bei einer als Drehzahlstellantrieb ausgebildeten elektrodynamischen Maschine nicht verhindern.

Da die Ursachen, die zu einer störenden Geräuschentwicklung führen können, also durch den Aufbau und die Funktionsweise der elektrodynamischen Maschine bedingt sind und nicht grundsätzlich beseitigt werden können, wird durch die oben beschriebene akustische Entkopplung zumindest weitgehend verhindert, dass die im Inneren der elektrodynamischen Maschine entstehenden Schwingungen auf das Gehäuse übertragen und von dort als störender Schall abgestrahlt werden können. Insbesondere in dem Bereich, in dem die Schwingungen hauptsächlich entstehen, berühren der Mantel und das Gehäuse einander nicht. Die Abstützung erfolgt ausschließlich außerhalb dieses für die Geräuschentwicklung maßgeblichen Bereichs, nämlich an den seitlichen Kontakträndern. Somit wird die direkte Schallankopplung des Stators an das Gehäuse reduziert, und die Wirkung der primären Geräuschanregung durch die elektrodynamische Maschine wird gedämpft.

Vorteilhafte Ausgestaltungen der elektrodynamischen Maschine ergeben sich aus den Merkmalen der von Anspruch 1 abhängigen Ansprüche. Günstig ist eine Ausgestaltung, bei der der Stator einen Stator-Magnetkörper aufweist und der Mantel den Stator- Magnetkörper beiderseits axial überragt, so dass die beiden Kontaktränder axial beabstandet von dem Stator- Magnetkörper angeordnet sind. Bei dem Stator-Magnetkörper kann es sich insbesondere um ein Blechpaket, beispielsweise aus einem Eisenmaterial, handeln. Grundsätzlich kann der Stator- Magnetkörper auch einen Stator-Wickelkörper mit umfassen. Die vorstehend angesprochenen mechanischen Schwingungen entstehen hauptsächlich innerhalb des Stator- Magnetkörpers. Es ist deshalb günstig, wenn die Kontaktränder, mittels derer die Abstützung des Mantels an dem Gehäuse erfolgt, außerhalb des axialen Bereichs angeordnet sind, in dem sich der Stator-Magnetkörper befindet und der im Hinblick auf die Übertragung akustisch wahrnehmbarer mechanischer Schwingungen sehr maßgeblich ist. In diesem Bereich liegt dann keine unmittelbare mechanische Kontaktierung zwischen dem Mantel und dem Gehäuse vor. Insofern bietet der axiale Überstand des Mantels über den Bereich mit dem Stator-Magnetkörper eine sehr gute akustische Entkopplung.

Günstig ist eine weitere Ausgestaltung, bei der der Stator-Magnetkörper einen Stator-Außendurchmesser aufweist und ein axialer Abstand zwischen dem Stator- Magnetkörper und den beiden Kontakträndern mindestens 10% des Stator-Außendurchmessers beträgt. Mit einem dementsprechend bemessenen axialen Überstand des Mantels über dem Stator-Magnetkörper lässt sich die vorstehend angesprochene akustische Entkopplung sehr gut erreichen. Dabei kann der Überstand an beiden axialen Stirnseiten entweder gleich groß oder verschieden ausgebildet sein.

Gemäß einer weiteren günstigen Ausgestaltung weist der Stator eine Stator- Wicklung mit zwei an den beiden axialen Stirnseite des Stators angeordneten Wicklungsköpfen auf und der Mantel überragt die Wicklungsköpfe axial, so dass die beiden Kontaktränder axial beabstandet von den Wicklungsköpfen angeordnet sind. Dadurch liegen die Kontaktränder sehr weit von der Quelle der akustisch zu entkoppelnden Schwingungen entfernt. Die akustische Entkopplung ist umso größer, je größer der axiale Überstand des Mantels über die Stator- Komponenten ist, in denen die für die Geräuschentwicklung maßgeblichen mechanischen Schwingungen ent- stehen, bzw. je größer der axiale Abstand der Kontaktränder von diesen Stator- Komponenten ist.

Gemäß einer weiteren günstigen Ausgestaltung ist der Mantel zumindest im Bereich des Stators mit Kühlkanälen in Form von zum Gehäuse hin offenen Ausnehmungen versehen. Zwischen dem mit Kühlkanälen versehenen Bereich und den beiden Kontakträndern ist jeweils eine Dichtung, beispielsweise in Form eines Dichtrings, zwischen dem Mantel und dem Gehäuse vorgesehen. In dieser Ausgestaltung hat der Mantel eine Doppelfunktion. Neben der angesprochenen akustischen Entkopplung dient er zugleich der Kühlung. Die Ausgestaltung der Kühlkanäle als zum Gehäuse hin offene Ausnehmungen innerhalb der Manteloberfläche ist besonders einfach. Die Kühlkanäle können dabei tangential und/oder axial verlaufen.

Gemäß einer weiteren günstigen Ausgestaltung ist im zwischen den beiden Kontakträndern liegenden Bereich zwischen dem Gehäuse und dem Mantel ein Entkopplungsspalt insbesondere mit einer radialen Spaltbreite im Bereich zwischen 0,05 mm und 1 mm vorgesehen. Der Entkopplungsspalt dient der Schallentkopplung. Obwohl der genannte bevorzugte Wertebereich nur relativ geringe Spaltbreiten abdeckt, reichen so kleine Spaltbreiten dennoch für eine wirksame Schallentkopplung aus. Die geräuschrelevanten und durch die Radialkraftwellen hervorgerufenen Verformungen des Stator- Magnetkörpers liegen üblicherweise im Bereich unter 1 μιη. Vorteilhafterweise ist der genannte Bereich für die Breite des Entkopplungsspalts andererseits auch klein genug, um einen Durchtritt von Kühlflüssigkeit zu verhindern. Ein derartig klein bemessener Entkopplungsspalt ist unter hydraulischen Gesichtspunkten als praktisch dicht einzustufen. Falls der Mantel also auch zur Kühlung dient und dementsprechend an seiner Oberfläche mit Ausnehmungen zur Bildung von Kühlkanälen versehen ist, wird die Kühlflüssigkeit trotz des Entkopplungsspalts praktisch ausschließlich wie gewünscht in den Kühlkanälen geführt. Die Kühlflüssigkeit kann die Kühlkanäle jedenfalls nicht in nennenswertem Umfang über den Entkopplungsspalt verlassen.

Gemäß einer weiteren günstigen Ausgestaltung ist der Mantel zumindest im Bereich der beiden Kontaktränder geschlitzt, insbesondere axial geschlitzt, d. h. vor- zugsweise mit von den axialen Rändern ausgehenden Längsschlitzen, versehen. Der Mantel läuft dann an seinen beiden axialen Stirnseiten nicht als Hohlzylinder aus, sondern als zahnförmige Manschette mit mehreren stegartigen Kragarmen. Die Abstützfunktion des Mantels an dem Gehäuse im Bereich der Kontaktränder bleibt dennoch erhalten. Sie wird durch die stegartigen Kragarme gewährleistet, die sowohl einen ausreichenden Halt des Stator- Magnetkörpers innerhalb des Gehäuses sicherstellen als auch eine ausreichende Drehmomentabstützung bei einer Drehbewegung der Welle. Aufgrund der Schlitzung reduziert sich die Biegesteifigkeit. Umgekehrt erhöht sich die mechanische Elastizität. Dadurch werden die Verformungsauslenkungen der für die Geräuschentwicklung maßgeblichen Radialschwingungen, insofern sie überhaupt bis in den Bereich der Kontaktränder übertragen werden, aufgrund der reduzierten Biegesteifigkeit gedämpft und/oder aufgenommen. Insgesamt verringert sich durch die Schlitzung der Kontaktbereiche die Übertragung dieser mechanischen Schwingungen auf das Gehäuse weiter. Weiterhin erleichtert die höhere mechanische Elastizität im Bereich der Kontaktränder auch die Montage des Mantels innerhalb des Gehäuses. Darüber hinaus reduziert sich aufgrund der Materialeinsparung durch die ausgesparten Schlitze das Gewicht.

Gemäß einer weiteren günstigen Ausgestaltung ist der Mantel zumindest im Bereich der beiden Kontaktränder mit in axialer Richtung verlaufenden Langlöchern versehen. Dadurch ergeben sich im Wesentlichen die gleichen Vorteile wie bei der vorstehend beschriebenen geschlitzten Ausgestaltung, nämlich zusätzliche Dämpfung der akustisch maßgeblichen Schwingungen, Vereinfachung der Montage und Gewichtseinsparung. Im Unterschied zu der vorstehend beschriebenen geschlitzten Ausführungsform sind die beiden axialen Stirnseiten des Mantels bei der mit Langlöchern versehenen Ausgestaltung insbesondere durch einen komplett umlaufenden ringförmigen Rand gebildet, der eine gute mechanische Stabilität bewirkt.

Gemäß einer weiteren günstigen Ausgestaltung ist eine Auslegung für eine Maximaldrehzahl der Welle vorgesehen, so dass in einem Bereich der Welle mit einem kleinsten Wellen-Außendurchmesser eine Außenumfangsfläche der Welle bei der Maximaldrehzahl der Welle eine Umfangsgeschwindigkeit von mindestens 100 m/s aufweist. Es handelt sich also um eine hochdrehende, das heißt sehr schnell drehende, elektrodynamische Maschine, bei der es ohne die akustische Entkopplung zu einer sehr starken Geräuschentwicklung kommen könnte. Außer durch die genannte Umfangsgeschwindigkeit, die insbesondere für ein beliebiges Teilelement der Außenumfangsfläche der Welle in dem Bereich mit dem kleinsten Wellen-Außendurchmesser gilt, kann die Ausgestaltung als Hochdrehzahlmaschine ergänzend oder alternativ auch in Bezug auf die erste Biegeeigenschwingung der Welle definiert werden. Diese Biegeeigenschwingung wird bei einer bestimmten Drehzahl der Welle, der Anregungsdrehzahl, angeregt. Bei einer Ausgestaltung als Hochdrehzahlmaschine liegt die Maximaldrehzahl der Welle, auf die die elektrodynamische Maschine ausgelegt ist, bei mindestens 50 % der Anregungsdrehzahl, also der Drehzahl, bei der die erste Biegeeigenschwingung der Welle angeregt wird. Dank der akustischen Entkopplung reduziert sich der Schallpegel gerade solcher Hochdrehzahlmaschinen erheblich. Grundsätzlich entfaltet die akustische Entkopplung aber auch bei Maschinen, die für niedrigere Drehzahlen ausgelegt sind, ihre vorteilhafte Wirkung.

Weitere Merkmale, Vorteile und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung von Ausführungsbeispielen anhand der Figuren der Zeichnung. Es zeigt:

Fig. 1 ein Ausführungsbeispiel einer elektrodynamischen Maschine mit einer akustisch entkoppelten Lagerung des Stators in einem Gehäuse mittels eines Zusatzmantels,

Fig. 2 ein Ausführungsbeispiel eines geschlitzten Kontaktrands des zur akustischen Entkopplung vorgesehenen Zusatzmantels gemäß Fig. 1 ,

Fig. 3 den Kontaktrand gemäß Fig. 2 in Darstellung des Querschnitts III-III gemäß Fig. 2, und

Fig. 4 ein weiteres Ausführungsbeispiel eines mit Langlöchern versehenen Kontaktrands des zur akustischen Entkopplung vorgesehenen Zusatzmantels gemäß Fig. 1 . Einander entsprechende Teile sind in den Fig. 1 bis 4 mit denselben Bezugszeichen versehen. Auch Einzelheiten der im Folgenden näher erläuterten Ausführungsbeispiele können für sich genommen eine Erfindung darstellen oder Teil eines Erfindungsgegenstandes sein.

In Fig. 1 ist ein Ausführungsbeispiel einer als elektrischer Motor ausgeführten elektrodynamischen Maschine 1 dargestellt. Die elektrodynamische Maschine 1 um- fasst eine Aktiveinheit 2 mit einem Stator 3 und einem Rotor 4, die durch einen Luftspalt 5 voneinander getrennt und während des Betriebs magnetisch über den Luftspalt 5 miteinander gekoppelt sind. Der Rotor 4 ist drehfest auf einer Welle 6 montiert, welche eine Mittenlängsachse 7 aufweist und drehbar um diese Mittenlängsachse 7 gelagert ist. Die Mittenlängssache 7 ist also die Drehachse der Welle 6 und auch des elektrischen Motors. Bei dem in Fig. 1 gezeigten Ausführungsbeispiel ist die Welle 6 als Hohlwelle ausgeführt. Andere Ausgestaltungen, beispielsweise als Vollwelle, sind aber grundsätzlich ebenfalls möglich.

Die hier verwendeten Orientierungsangaben„axial",„radial" und„tangential" beziehen sich auf die Mittenlängsachse 7. Dabei bedeutet„axial" eine Orientierung parallel zu der Mittenlängsachse 7,„radial" eine Richtung senkrecht zur Mittenlängsachse 7 und„tangential" eine auf die Mittenlängsachse 7 bezogene Umfangsrich- tung.

Der Stator 3 umfasst einen Stator-Magnetkörper in Form eines Stator-Blechpakets 9 sowie eine elektrische Stator-Wicklung 10, deren Leitungen zumindest teilweise in Nuten des Stator-Blechpakets 9 verlaufen und die zwei an den beiden axialen Stirnseiten des Stators 3 angeordnete Wicklungsköpfe 1 1 umfasst.

Der Rotor 4 umfasst ein Rotor-Blechpaket 12 sowie eine kurzgeschlossene elektrische Rotor-Wicklung 13, die beim Ausführungsbeispiel ein Kurzschlusskäfig aus Aluminium ist.

Die elektrodynamisch wirksame Aktiveinheit 2 mit dem Stator 3 und dem Rotor 4 sowie ein Teil der Welle 6 sind innerhalb eines Gehäuses 8 angeordnet. Dabei liegt der Stator 3 nicht unmittelbar an der Innenwand des Gehäuses 8 an. Vielmehr ist zwischen dem Gehäuse 8 und dem Stator 3 noch ein Zusatzmantel 15 platziert, der zur Halterung des Stators 3 innerhalb des Gehäuses 8 dient. Der Zusatzmantel 15 umgibt die Aktiveinheit 2 tangential vollständig. Er hat an seinen beiden axialen Stirnseiten jeweils einen tangentialen Kontaktrand 16 und 17. Der Zusatzmantel 15 steht mit dem Gehäuse 8 nur über diese beiden Kontaktränder 16 und 17 in unmittelbarer mechanischer Verbindung. In Umfangsrichtung ist der Zusatzmantel 15 ausschließlich mittels der beiden Kontaktränder 16 und 17 an dem Gehäuse 8 abgestützt. In Umfangsrichtung gibt es keine weitere unmittelbare Kontaktfläche zwischen dem Zusatzmantel 15 und dem Gehäuse 8. Außer zur Abstützung dienen die Kontaktränder 16 und 17 auch zur Zentrierung des Zusatzmantels 15 sowie der darin angeordneten Aktiveinheit 2 innerhalb des Gehäuses 8. Insofern können die Kontaktränder 16 und 17 auch als„Zentrierränder" verstanden und bezeichnet werden.

Der Zusatzmantel 15 erstreckt sich an beiden axialen Stirnseiten in axialer Richtung weiter als das Stator-Blechpaket 9. Es sind axiale Überstände 18 und 19 gebildet, wobei die beiden Kontaktränder 17 und 17 innerhalb jeweils eines der Überstände 18 und 19 angeordnet sind, nämlich insbesondere jeweils am äußeren axialen Ende des betreffenden Überstands 18 bzw. 19. Die Überstände 18 und 19 haben eine axiale Länge von mindestens 10 % eines Außendurchmessers der Stator-Blechpakets 9. Bei dem gezeigten Ausführungsbeispiel beträgt dieser Außendurchmesser etwa 150 mm, so dass die Überstände 18 und 19 hier also jeweils mindestens 15 mm lang sind, wobei auf beiden axialen Seiten unterschiedliche Längen vorgesehen sind.

Im Bereich zwischen den beiden Kontakträndern 16 und 17 sind der Zusatzmantel 15 und das Gehäuse 8 durch einen schmalen Entkopplungsspalt 20 voneinander beabstandet. Beim gezeigten Ausführungsbeispiel hat der Entkopplungsspalt 20 eine radiale Spaltbreite von etwa 0,2 mm. Der Entkopplungsspalt 20 dient der akustischen Entkopplung zwischen dem Gehäuse 8 einerseits und den innerhalb des Gehäuses 8 angeordneten Komponenten der elektrodynamischen Maschine 1 , insbesondere den Komponenten der Aktiveinheit 2. So unterdrückt der Entkopplungsspalt 20 weitgehend eine Übertragung radialer Schwingungen des Stator- Blechpakets 9 auf das Gehäuse 8. Auf diese Weise reduziert sich die Geräuschentwicklung auf der Außenseite des Gehäuses 8 erheblich. Dies gilt umso mehr, als es sich bei der in Fig. 1 beispielhaft dargestellten elektrodynamischen Maschine 1 um einen Hochdrehzahlantrieb handelt, bei dem ohne die Maßnahme des Entkopplungsspalts 20 aufgrund von Radialschwingungen des Stators 3 eine beträchtliche Geräuschentwicklung auftreten würde. Bei der in Fig. 1 gezeigten elektrodynamischen Maschine 1 ist der außen wahrnehmbare Schallpegel gerade wegen der akustischen Entkopplung stark gedämpft.

Der Zusatzmantel 15 hat bei dem gezeigten Ausführungsbeispiel eine Doppelfunktion. Neben der bereits erläuterten Schallentkopplung dient er zugleich auch der Kühlung der elektrodynamischen Maschine 1 . Hierzu sind an der außenliegenden Umfangsfläche des Zusatzmantels 15 Kühlkanäle 21 in Form von zum Gehäuse 8 offenen, tangential verlaufenden Ausnehmungen vorgesehen. Durch die Kühlkanäle 21 wird während des Betriebs der elektrodynamischen Maschine 1 Kühlflüssigkeit geleitet, die die Verlustwärme aufnimmt und abtransportiert. Dabei führt der Entkopplungsspalts 20 zu keinem nennenswerten Verlust an Kühlflüssigkeit, da dessen Spaltbreite so klein ist, dass er unter hydraulischen Gesichtspunkten als dicht, d. h. für die Kühlflüssigkeit nicht passierbar, anzusehen ist. Zwischen den Kühlkanälen 21 und den Kontakträndern 16 und 17 ist auf jeder axialen Seite eine Dichtung in Form eines Dichtrings 22 angeordnet.

In Fig. 2 und 3 ist ein Ausführungsbeispiel für eine mögliche Ausgestaltung des Kontaktrands 17 des Zusatzmantels 15 dargestellt, wobei der Kontaktrand 17 beispielhaft ausgewählt wurde. Der andere Kontaktrand 16 ist dann insbesondere in der gleichen Weise ausgebildet. In dieser Ausgestaltung umfasst der Kontaktrand 17 Längsschlitze 23, die sich ausgehend von der axialen Stirnseite im Bereich des Überstands19 axial in die ansonsten im Wesentlichen hohlzylindrische Wand des Zusatzmantels 15 erstrecken. Die Längsschlitze 23 sind in Umfangsrichtung gleichmäßig verteilt angeordnet. Der Zusatzmantel 15 läuft bei diesem Ausführungsbeispiel stirnseitig als zahnförmige Manschette mit zwischen den Längsschlitzen 23 verbleibenden Längsstegen 24 (= stegartige Kragarme) aus. In Fig. 4 ist ein anderes Ausführungsbeispiel zur Ausgestaltung des Kontaktrands 17 des Zusatzmantels 15 gezeigt. Anstelle der Längsschlitze 23 sind bei diesem Ausführungsbeispiel Langlöcher 25 vorgesehen, die tangential gleichmäßig verteilt angeordnet sind und deren Längsrichtung jeweils parallel zur Mittenlängsachse 7 orientiert ist.

Die beiden in den Fig. 2 bis 4 gezeigten Ausführungsbeispiele für den Kontaktrand 17 erfüllen wie auch andere denkbare Ausführungsformen die beiden folgenden Hauptfunktionen. Zum einen erfolgt eine Fixierung (und Zentrierung) der Aktiveinheit 2, insbesondere des Stator-Blechpakets 9, innerhalb des Gehäuses 8. Zum anderen gewährleisten alle möglichen Realisierungsvarianten für die Kontaktränder 16 und 17 auch eine Drehmomentabstützung.

Bezuqszeichen elektrodynamische Maschine

Aktiveinheit

Stator

Rotor

Luftspalt

Welle

Mittenlängsachse

Gehäuse

Stator-Blechpaket

Stator-Wicklung

Wicklungskopf

Rotor-Blechpaket

Rotor-Wicklung

Zusatzmantel

Kontaktrand

Überstand

Entkopplungsspalt

Kühlkanal

Dichtring

Längsschlitz

Längssteg

Langloch

Claims

Patentansprüche

1 . Elektrodynamische Maschine mit einer zumindest einen Stator (3) umfassenden Aktiveinheit (2) und mit einer eine Längsachse (7) aufweisenden Welle (6), wobei

a) die Aktiveinheit (2) und zumindest ein Teil der Welle (6) in einem Gehäuse (8) angeordnet sind,

b) zwischen dem Gehäuse (8) und der Aktiveinheit (2) ein zusätzlicher Mantel (15) vorgesehen ist, in dem der Stator (3) gehalten ist, und

c) der Mantel (15) in Richtung der Längsachse (7) gesehen zwei axiale Stirnseiten hat und an den beiden axialen Stirnseiten mit jeweils einem tangentialen Kontaktrand (16, 17) versehen ist, wobei der Mantel (15) zumindest in Um- fangsrichtung ausschließlich mittels der beiden Kontaktränder (16, 17) an dem Gehäuse (8) abgestützt ist.

2. Elektrodynamische Maschine nach Anspruch 1 , bei der der Stator (3) einen Stator- Magnetkörper (9) aufweist und der Mantel (15) den Stator- Magnetkörper (9) beiderseits axial überragt, so dass die beiden Kontaktränder (16, 17) axial beabstandet von dem Stator- Magnetkörper (9) angeordnet sind.

3. Elektrodynamische Maschine nach Anspruch 2, bei der der Stator-Magnetkörper (9) einen Stator-Außendurchmesser aufweist und ein axialer Abstand zwischen dem Stator- Magnetkörper (9) und den beiden Kontakträndern (16, 17) mindestens 10% des Stator-Außendurchmessers beträgt.

4. Elektrodynamische Maschine nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei der der Stator (3) eine Stator-Wicklung (10) mit zwei an den beiden axialen Stirnseiten des Stators (3) angeordneten Wicklungsköpfen (1 1 ) aufweist und der Mantel (15) die Wicklungsköpfe (1 1 ) axial überragt, so dass die beiden Kontaktränder (16, 17) axial beabstandet von den Wicklungsköpfen (1 1 ) angeordnet sind.

5. Elektrodynamische Maschine nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei der der Mantel (15) zumindest im Bereich des Stators (3) mit Kühlkanälen (21 ) in Form von zum Gehäuse (8) hin offenen Ausnehmungen versehen ist, und zwischen dem mit Kühlkanälen (21 ) versehenen Bereich und den beiden Kontakträndern (16, 17) jeweils eine Dichtung (22) zwischen dem Mantel (15) und dem Gehäuse (8) vorgesehen ist.

6. Elektrodynamische Maschine nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei der im zwischen den beiden Kontakträndern (16, 17) liegenden Bereich zwischen dem Gehäuse (8) und dem Mantel (15) ein Entkopplungsspalt (20) insbesondere mit einer radialen Spaltbreite im Bereich zwischen 0,05 mm und 1 mm vorgesehen ist.

7. Elektrodynamische Maschine nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei der der Mantel (15) zumindest im Bereich der beiden Kontaktränder (16, 17) geschlitzt ist.

8. Elektrodynamische Maschine nach einem der Ansprüche 1 bis 6, bei der der Mantel (15) zumindest im Bereich der beiden Kontaktränder (16, 17) mit in axialer Richtung verlaufenden Langlöchern (25) versehen ist.

9. Elektrodynamische Maschine nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei der eine Auslegung für eine Maximaldrehzahl der Welle (6) vorgesehen ist, so dass in einem Bereich der Welle (6) mit einem kleinsten Wellen-Außendurchmesser eine Außenumfangsfläche der Welle (6) bei der Maximaldrehzahl der Welle (6) eine Umfangsgeschwindigkeit von mindestens 100 m/s aufweist.