WO2023285192A1 - Spaltrohr für eine elektrische rotierende maschine, herstellungsverfahren dazu - Google Patents

Spaltrohr für eine elektrische rotierende maschine, herstellungsverfahren dazu Download PDF

Info

Publication number
WO2023285192A1
WO2023285192A1 PCT/EP2022/068456 EP2022068456W WO2023285192A1 WO 2023285192 A1 WO2023285192 A1 WO 2023285192A1 EP 2022068456 W EP2022068456 W EP 2022068456W WO 2023285192 A1 WO2023285192 A1 WO 2023285192A1
Authority
WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
areas
fiber reinforcement
deformation
design element
during operation
Prior art date
Application number
PCT/EP2022/068456
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
David FINCK
Christian Seidel
Günther Winkler
Original Assignee
Siemens Aktiengesellschaft
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 Siemens Aktiengesellschaft filed Critical Siemens Aktiengesellschaft
Priority to EP22747607.4A priority Critical patent/EP4348811A1/de
Priority to CN202280049679.6A priority patent/CN117642965A/zh
Priority to US18/579,290 priority patent/US20240339886A1/en
Publication of WO2023285192A1 publication Critical patent/WO2023285192A1/de

Links

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02K—DYNAMO-ELECTRIC MACHINES
    • H02K5/00—Casings; Enclosures; Supports
    • H02K5/04—Casings or enclosures characterised by the shape, form or construction thereof
    • H02K5/12—Casings or enclosures characterised by the shape, form or construction thereof specially adapted for operating in liquid or gas
    • H02K5/128—Casings or enclosures characterised by the shape, form or construction thereof specially adapted for operating in liquid or gas using air-gap sleeves or air-gap discs
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02K—DYNAMO-ELECTRIC MACHINES
    • H02K5/00—Casings; Enclosures; Supports
    • H02K5/04—Casings or enclosures characterised by the shape, form or construction thereof
    • H02K5/16—Means for supporting bearings, e.g. insulating supports or means for fitting bearings in the bearing-shields
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F04—POSITIVE - DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS FOR LIQUIDS OR ELASTIC FLUIDS
    • F04D—NON-POSITIVE-DISPLACEMENT PUMPS
    • F04D13/00—Pumping installations or systems
    • F04D13/02—Units comprising pumps and their driving means
    • F04D13/06—Units comprising pumps and their driving means the pump being electrically driven
    • F04D13/0606—Canned motor pumps
    • F04D13/0626—Details of the can
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F04—POSITIVE - DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS FOR LIQUIDS OR ELASTIC FLUIDS
    • F04D—NON-POSITIVE-DISPLACEMENT PUMPS
    • F04D29/00—Details, component parts, or accessories
    • F04D29/02—Selection of particular materials
    • F04D29/026—Selection of particular materials especially adapted for liquid pumps
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02K—DYNAMO-ELECTRIC MACHINES
    • H02K5/00—Casings; Enclosures; Supports
    • H02K5/04—Casings or enclosures characterised by the shape, form or construction thereof
    • H02K5/10—Casings or enclosures characterised by the shape, form or construction thereof with arrangements for protection from ingress, e.g. water or fingers
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F05—INDEXING SCHEMES RELATING TO ENGINES OR PUMPS IN VARIOUS SUBCLASSES OF CLASSES F01-F04
    • F05D—INDEXING SCHEME FOR ASPECTS RELATING TO NON-POSITIVE-DISPLACEMENT MACHINES OR ENGINES, GAS-TURBINES OR JET-PROPULSION PLANTS
    • F05D2250/00—Geometry
    • F05D2250/70—Shape
    • F05D2250/73—Shape asymmetric
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F05—INDEXING SCHEMES RELATING TO ENGINES OR PUMPS IN VARIOUS SUBCLASSES OF CLASSES F01-F04
    • F05D—INDEXING SCHEME FOR ASPECTS RELATING TO NON-POSITIVE-DISPLACEMENT MACHINES OR ENGINES, GAS-TURBINES OR JET-PROPULSION PLANTS
    • F05D2300/00—Materials; Properties thereof
    • F05D2300/60—Properties or characteristics given to material by treatment or manufacturing
    • F05D2300/603—Composites; e.g. fibre-reinforced

Definitions

  • the invention relates to a can for an electrical rotating machine, an electric motor or a liquid pump, and a manufacturing method for it.
  • e-motors Dimensioning for the electrical power output of an electric motor is the waste heat generated by the electrically conductive components and the associated disadvantages.
  • One disadvantage is, for example, the failure of the polymer insulation of the winding coils above a certain operating temperature.
  • the maximum operating temperature in the stator winding is important for the maximum electrical load capacity of an e-machine.
  • jacket cooling of the stator already shows good cooling results.
  • even better cooling of the critical stator windings can be achieved with a can construction in which a cooling liquid circulates on the inside of the coil.
  • the sealing area of the can in the air gap includes a groove running around the rotor area, in which the so-called O-rings are inserted for mounting and sealing the can.
  • An e-machine with a higher power density shows obvious advantages in mobile applications.
  • the more compact design enables lighter installation positions and the higher power density also indirectly follows the idea of lightweight construction, since a smaller electric motor can be used for the required power.
  • the structural requirements placed on a can are: a.) The smallest possible thickness: the thicker the can, the greater the magnetic losses of an electric machine. The increasing magnetic losses reduce the efficiency. A manufacturing technology is preferred in which thin-walled tubes can be manufactured. b.) The highest possible dimensional stability under external pressure: Due to the circulating coolant, an external pressure load acts on the can. The pressure load deforms the can. The uneven pressure distribution is due to the hydrostatic fluid pressure, which varies with surface distance. The deformation of the tube is taken into account in the air gap width and thus increases the magnetic losses.
  • the maximum system pressure is made up of variable components, such as acceleration, punctures..., and constant components, such as gravitational loading through the liquid column.
  • the requirements described for a can usually result in the can being designed as a fiber-reinforced plastic composite.
  • the winding process - e.g. filament winding - and/or the prepreg autoclave technology are particularly suitable here.
  • the air gap thicknesses can thus be reduced for the reasons explained under b.) and c.).
  • the disadvantage here, however, is the high material costs of the fibers used.
  • the object of the present invention is therefore to provide a can for a rotating electric machine or electric motor or liquid pump that overcomes the disadvantages of the prior art and, despite this, can be produced economically and suitable for mass production, i.e. can be automated.
  • the subject matter of the present invention is a can for an electrical rotating machine, where stressed areas of the can are identified by measurement data and/or deformation simulation and their expected deformation during operation compared to the symmetrically shaped can can be calculated in advance and therefore at least one asymmetrical design element on the can and / or is provided at the bearing seat.
  • the expected deformation of the particularly stressed areas of the can is formed as a negative mold and/or additional fiber reinforcement is provided in certain areas and/or the bearing seat or the position of the O-rings of the expected deformation customized.
  • the invention also relates to a method for producing a can, comprising the following method steps: a) Deformation simulation and/or measurement of the operational loads affecting the dimensional stability of the can due to hydrostatic pressure, due to vibration and/or due to the counterforce of the sealing O- Rings, b) Generating and storing corresponding data with regard to expected particularly stressed areas of the can, c) On the basis of this data, carrying out a calculation to determine the position of the particularly stressed areas of the can, d) Generating a virtual, possibly digital Representation of a can optimized with regard to the particularly stressed areas with at least one asymmetrical design element, which is represented either by compression and/or increase in the fiber reinforcement, by complexity of the shape and/or surface structure, and/or by changing the conventional bearing seat is provided, e) shaping and production of a
  • the general finding of the invention is that the use of at least one asymmetrical design element is advantageous in the manufacture of an improved can of an electrical rotating machine, because the planned air gap size of the can can be reduced as a result.
  • an “asymmetrical design element” refers, for example, to a region of the can that has a deformation compared to the symmetrical can that practically corresponds to a negative shape of a bulge in the can that is to be expected during operation.
  • an asymmetrical design element is an area with fiber reinforcement that deviates from a uniform fiber reinforcement in the can, with the deviation in the material, the position of the fibers, the fiber combination, the fiber strength and/or the density of fibers sern can be realized in the composite material or as any combination of the above deviations.
  • an asymmetrical design element is an eccentric bearing seat of the can, which can be realized by an asymmetrical position, thickness and/or shape of the sealing O-rings.
  • an asymmetrical design element is an O-ring seal that is not arranged axially symmetrically to the rotor axis, at least in some areas.
  • a can according to the invention may have one or more such examples implemented and/or it may have one or more areas in which these examples of asymmetric design elements are implemented.
  • a mold core for automated production e.g. experienced by a winding or by a prepreg autoclave technology - is manipulated by split tubes in the negative deformation direction, so that it gets a surface on which a split tube can be produced, which has a pre-deformation, which is pushed back again during operation under the external pressure of the coolant.
  • the can is then given a round shape, for example due to the loads during operation.
  • the use of expensive reinforcing fibers can be minimized, e.g. limited only to these areas, without sacrificing quality overall.
  • a "prepreg” material is a composite material that consists of pre-impregnated fibers and a partially cured polymer matrix, such as epoxy and/or phenolic resin, or even a thermoplastic mixture with liquid rubber and/or resins. direction, in different lengths, bundled, braided, interwoven as a combination of several fiber materials or as individual fibers.
  • the fibers are in the form of a fabric and the matrix is used to bind them together and to other components during manufacture.
  • the duroplastic matrix is only partially cured to allow easy handling.
  • a prepreg is basically in the B-stage, i.e. the duroplastic matrix is only partially cured, not crosslinked.
  • the prepregs require autoclave processing for curing. By using prepregs, anisotropic mechanical properties can be achieved along the fiber, while the polymer matrix provides filling properties and keeps the fibers in a single system.
  • an expected deformation and/or an expected bending or indentation is calculated in advance for the respective use of the can.
  • These parameters are used in the manufacture of the can in order to supplement the can in a targeted manner at the location of the expected bending or indentation with fiber reinforcement and/or negative deformation that is adapted in terms of quality and/or orientation compared to the conventional can so that the Deformation during operation at the added point does not occur or occurs only to a reduced extent or only occurs after an extended period of operation.
  • air gap size of the can refers to the radial expansion of the air gap in which the can is used.
  • deformation of the can is also taken into account proposed - installation of asymmetrical design parts reduced.
  • Eccentric means an eccentric bearing.
  • the bearing seat is the positioning of the can on the sealing of the O-ring.
  • the can has one or more areas, particularly in the edge areas at the end of the tube, which are provided with increased fiber reinforcement, e.g. have more and/or different fibers for reinforcement.
  • a changed or increased fiber reinforcement is also present, for example, if one or more areas with a fiber reinforcement that has a different preferred direction, a different type of fiber, a different fiber material, a different fiber layout, a different combination of fibers, etc. are present.
  • areas of the can with simple fiber reinforcement areas with bundled and/or braided fibers, areas with fiber fabrics for fiber reinforcement can be present.
  • fibers can be realized in the form of a simple fiber reinforcement as a fiber braid and/or as rovings.
  • fiber reinforcement with different preferred directions can be present in the can, depending on the requirement profile of the particularly stressed areas.
  • glass fibers can be used alone or in combination with other fibers for reinforcement. These can be used in a preferred direction or as a fiber fabric in the area. It can also be fiber reinforcements with a network of different fibers.
  • the can has a complex shape. This can be implemented in such a way that one or more areas are present which are thickened, puckered, bulged and/or meanderingly bulged in and bulged out. According to another embodiment of the invention, this or these areas can alternate with one or more areas that are circular and cylindrical.
  • the can has a complex surface structure.
  • the can is at least partially in a non-axially symmetrical arrangement to the rotor axis, resulting in an at least partially non-round or eccentric O-ring sealing device to the rotor area.
  • a geometric adaptation of the mold core is produced, on which, for example, a fiber-plastic composite can is manufactured.
  • a can is then produced over this mold core, which has a complex shape, but which is deformed into a conventional round can during operation due to an uneven pressure distribution during operation as a result of a "reformation to the non-complex simple cylindrical shape".
  • the can is in a negative form of the expected Ver- Formations in the form of a tube of complex shape and/or surface.
  • the invention creates a can for a rotating electric machine for the first time, which has an improved air gap size of the can and thereby results in lower electrical losses in the electric motor.
  • the invention also creates a can for an electric rotating machine that has a reduced air gap size of the can during operation, because areas that are particularly stressed during operation are taken into account during production by deformation simulation and/or prediction, so that the Loads during operation hit areas of the can that have been prepared and/or reinforced for this purpose.

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Motor Or Generator Frames (AREA)
  • Manufacture Of Motors, Generators (AREA)

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Spaltrohr für eine elektrische rotierende Maschine, einen Elektromotor oder eine Flüssigkeitspumpe, sowie ein Herstellungsverfahren dazu. Durch die Erfindung wird erstmals ein Spaltrohr für eine elektrische rotierende Maschine geschaffen, das eine verringerte Luftspaltgröße des Spaltrohrs im Betrieb aufweist, weil durch Verformungssimulation und/oder Vorausberechnung im Betrieb besonders belastete Bereiche bei der Herstellung berücksichtigt werden, so dass die Belastungen im Betrieb auf dahingehend vorbereitete und/oder verstärkte Bereiche des Spaltrohrs treffen.

Description

Beschreibung
Spaltrohr für eine elektrische rotierende Maschine, Herstel lungsverfahren dazu
Die Erfindung betrifft ein Spaltrohr für eine elektrische ro tierende Maschine, einen Elektromotor oder eine Flüssigkeits pumpe, sowie ein Herstellungsverfahren dazu.
Die Steigerung der Leistungsdichte von E-Motoren bekommt ein immer höheres Gewicht bei der Entwicklung von E-Motoren. Di mensionierend für die elektrische Leistungsabgabe eines E- Motors ist die erzeugte Abwärme der elektrisch leitenden Bau teile und die einhergehenden Nachteile. Ein Nachteil ist z.B. das Versagen der polymeren Isolation der Wickelspulen ab ei ner bestimmten Betriebstemperatur. Die maximale Betriebstem peratur in der Stator-Wicklung ist dimensionierend für die maximale elektrische Belastbarkeit einer E-Maschine. Bei der Steigerung der Leistungsdichte von E-Motoren ist der Trend von der Luftkühlung übergehend zur Flüssigkeitskühlung klar zu erkennen. Hier zeigen Mantelkühlungen des Stators bereits gute Kühlergebnisse. Eine noch bessere Kühlung der kritischen Statorwicklungen ist allerdings mit einer Spaltrohr- Konstruktion zu erreichen, bei der auf der Spulen-Innenseite eine Kühlflüssigkeit zirkuliert. Um Reibungsverluste des Ro tors in der Flüssigkeit zu vermeiden ist es unabdingbar ein sog. Spaltrohr im Luftspalt zu platzieren, welches die Flüs sigkeit vom Rotorbereich trennt. Der Abdichtbereich des Spaltrohrs im Luftspalt umfasst eine den Rotorbereich umlau fende Nut, in der die so genannten O-Ringe, zur Lagerung und zur Abdichtung des Spaltrohres, eingelegt sind.
Eine E-Maschine mit größerer Leistungsdichte zeigt im mobilen Einsatzbereich offensichtliche Vorteile. Die kompaktere Bau form ermöglicht leichtere Einbaulagen und die höhere Leis tungsdichte verfolgt auch indirekt den Leichtbaugedanken, da eine kleinere E-Maschine für die erforderliche Leistung ein gesetzt werden kann. Jedoch zeigen sich auch Vorteile in sta- tionären Anwendungen, wie z.B. in Windrädern. Hier kann durch die geringere Generatormasse die gesamte Turmkonstruktion we niger massiv ausgeführt werden. Auch kann die thermische Le bensdauer der eingesetzten Statorwicklungen besser abge schätzt und verlängert werden durch die bessere Entwärmung.
Die an ein Spaltrohr gestellten konstruktiven Anforderungen sind: a.) Eine möglichst geringe Dicke: Je dicker das Spalt rohr ist, desto größer werden die magnetischen Verluste einer E-Maschine. Die steigenden magnetischen Verluste verringern die Effizienz. Es wird eine Fertigungstechno- logie bevorzugt, bei welcher dünnwandige Rohre herge stellt werden können. b.) Ein möglichst hohe Formstabilität unter Außendruck: Durch die zirkulierende Kühlflüssigkeit wirkt eine Au ßendrucklast auf dem Spaltrohr. Die Drucklast verformt das Spaltrohr. Die ungleichmäßige Druckverteilung ist durch den hydrostatischen Flüssigkeitsdruck begründet, der sich abhängig von der Oberflächenentfernung verän dert. Die Verformung des Rohrs wird in der Luftspalt- breite berücksichtigt und erhöht damit die magnetischen Verluste. Der maximale Systemdruck setzt sich dabei aus variablen Komponenten, wie Beschleunigung, Durchstöße..., und konstanten Komponenten, wie Gravitationsbelastung durch die Flüssigkeitssäule, zusammen. c.) Eine möglichst hohe Beulstabilität: Die Anforderung einer hohen Steifigkeit gegen Außendruck deckt sich mit Punkt b). Für die Auslegung des Spaltrohrs ist jedoch entscheidend, dass der Außendruck nicht zu einem Beulen des Rohrs unter Überlast führt. Der Beulpunkt des Rohres wird durch steifere Materialien und größere Wanddicken zu höheren Drucken verschoben. d.) Elektrische Leitfähigkeit: Da das Spaltrohr im Luft spalt wechselnden Magnetfeldern ausgesetzt ist, soll die elektrische Leitfähigkeit des Rohres so niedrig wie mög lich sein. Die Induktion von Wirbelströmen erwärmen das Rohr und verringern die elektrische Effizienz des Motors e) Der größere Druck auf der Rohrunterseite, im Ver gleich zur Rohroberseite, sorgt für ein Aufschwimmen des Rohres in der weichen Elastomerlagerung, zumeist als klassische O-Ring-Lagerung ausgeführt. Die radiale Posi tion des Spaltrohrs im E-Motor verändert sich dadurch, ungünstig bezüglich der exzentrischen Luftspaltgroße des Spaltrohrs
Die beschriebenen Anforderungen an ein Spaltrohr führen üb licherweise zu einer Ausführung des Spaltrohres in Faser kunststoffverbundbauweise . Hierbei bietet sich besonders das Wickelverfahren - z.B. Filament-Winding - und/oder die Prepreg-Autoclav-Technologie an.
Besonders vielversprechend sind hier die aus der DE 102020 205 287 bekannten ultra-hochmodulige Carbonfasern, welche eine extrem hohe Steifigkeit bieten. Somit können die Luft- spaltdicken, durch die unter b.) und c.) erläuterten Gründe reduziert werden. Nachteilig sind dabei allerdings die ho hen Materialkosten der verwendeten Fasern.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es daher, ein Spalt rohr für eine elektrische rotierende Maschine oder Elektro motor oder Flüssigkeitspumpe zur Verfügung zu stellen, das die Nachteile des Standes der Technik überwindet und trotz dem wirtschaftlich und massenfertigungstauglieh, also auto matisierbar, herstellbar ist.
Diese Aufgabe wird durch den Gegenstand der vorliegenden Erfindung, wie er in der Beschreibung und den Ansprüchen offenbart ist, gelöst. Dementsprechend ist Gegenstand der vorliegenden Erfindung ein Spaltrohr für eine elektrische rotierende Maschine, wobei durch Messdaten und/oder VerformungsSimulation belastete Be reiche des Spaltrohrs identifiziert und deren im Betrieb zu erwartende Verformung gegenüber dem symmetrisch geformten Spaltrohr vorausberechenbar ist und deshalb zumindest ein asymmetrisches Designelement am Spaltrohr und/oder an dessen Lagersitz vorgesehen ist.
Weil eine elektrische rotierende Maschine symmetrisch aufge baut ist, ist es die Regel, dass alle Teile des Spaltrohrs, insbesondere dessen Aufbau, Form und/oder Lagersitz symmet risch sind. Es hat sich aber gezeigt, dass die Belastungen, denen das Spaltrohr und sein Lagersitz im Betrieb ausgesetzt sind, nicht nur symmetrisch, sondern beispielsweise über Gra vitation und/oder den Druck der Kühlflüssigkeit auch asymmet risch wirken. Deshalb wird bei der Konstruktion und Herstel lung eines Spaltrohrs und dessen Lagersitz in der elektri schen rotierenden Maschine eine gewisse Luftspaltgroße des Spaltrohrs miteinbezogen, die zu erwartende Verformungen wäh rend des Betriebs beim vorgesehenen Raumbedarf des Spaltrohrs miteinbezieht .
In dem erfindungsgemäß vorgesehenen asymmetrischen Designele ment des Spaltrohrs wird die zu erwartende Verformung der be sonders belasteten Bereiche des Spaltrohrs als Negativform gebildet und/oder dort bereichsweise eine zusätzliche Faser verstärkung vorgesehen und/oder der Lagersitz respektive die Lage der O-Ringe der zu erwartenden Verformung angepasst.
So kann die in der Auslegung der E-Maschine zu berücksichti gende Luftspaltgroße des Spaltrohrs zwischen Rotor und Sta tor, welche aus der Verformung des Spaltrohrs rührt, verrin gert werden. Außerdem ist Gegenstand der Erfindung ein Verfahren zur Her stellung eines Spaltrohrs, folgende Verfahrensschritte umfas send: a) VerformungsSimulation und/oder Vermessung der auf die Formstabilität des Spaltrohrs zukommenden Betriebsbelas tungen durch hydrostatischen Druck, durch Vibration und/oder durch die Gegenkraft der abdichtenden O-Ringe, b) Erzeugen und Speichern entsprechender Daten hinsichtlich zu erwartender besonders belasteter Bereiche des Spalt rohrs, c) Auf der Grundlage dieser Daten Durchführung einer Be rechnung zur Bestimmung der Lage der besonders belaste ten Bereiche des Spaltrohrs, d) Erzeugen einer virtuellen, gegebenenfalls digitalen Dar stellung eines hinsichtlich der besonders belasteten Be reiche optimierten Spaltrohrs mit zumindest einem asym metrischen Designelement, das entweder durch Verdichtung und/oder Aufstockung der Faserverstärkung, durch Komple xität der Form und/oder Oberflächenstruktur, und/oder durch Veränderung des herkömmlichen Lagersitzes darge stellt wird, e) Formung und Herstellung eines Spaltrohrs und/oder Einbau des Spaltrohrs auf dem abdichtenden O-Ring mit zumindest einem asymmetrischen Designelement nach den Vorgaben der gemäß d) erzeugten virtuellen und gegebenenfalls digita len Darstellung.
Allgemeine Erkenntnis der Erfindung ist es, dass der Einsatz zumindest eines asymmetrischen Designelements bei der Her stellung eines verbesserten Spaltrohrs einer elektrischen ro tierenden Maschine vorteilhaft ist, weil dadurch die planeri sche Luftspaltgroße des Spaltrohrs reduziert werden kann.
Insbesondere wird bei der Einführung zumindest eines asyrnmet- rischen Designelements im Spaltrohr berücksichtigt, dass fol gende Belastungen auf die Formstabilität eines Spaltrohrs im Betrieb zukommen: a) durch erhöhten hydrostatischen Druck auf der Unterseite des Rohres wird dessen runde Form ins Ovale verzogen, b) durch Auftriebskraft, also insbesondere auch den erhöh ten hydrostatischen Druck auf der Unterseite des Rohres, wird dessen axialsymmetrische Lagerung verzogen, c) durch die robuste Formstabilität der O-Ringe der Abdich tung des Spaltrohres wird dieses ggf. an der Stelle der Abdichtung aufgebogen, d) durch Lagerung der O-Ringe, die nicht axialsymmetrisch und zentrisch um die Rotorachse, sondern verschoben ist, kann ein Aufschwimmen des Spaltrohrs im Luftspalt ausge glichen werden, und e) Durch Unterschiede in der Nuthöhe der O-Ring Verpressnut kann die Druckverformung und/oder das Aufschwimmen des Spaltrohrs im Luftspalt ausgeglichen werden.
Diese Belastungen auf die Formstabilität eines Spaltrohrs lassen sich für jede Art der Nutzung eines Spaltrohrs ziem lich genau durch VerformungsSimulation Vorhersagen und/oder durch Messdaten erfassen. Dadurch erhält man eine Vorstellung von den mechanischen Schäden durch Verbeulen, die im Betrieb das Spaltrohr an besonders belasteten Bereichen treffen. Diese Beulen oder Verbiegungen können dann in dem verbesser ten Spaltrohr als Negativform realisiert werden, so dass im Betrieb ein größerer Spielraum bis zum Ausfall wegen Verbeu- lens besteht.
Als „asymmetrisches Designelement" wird vorliegend beispiels weise ein Bereich des Spaltrohrs bezeichnet, der gegenüber dem symmetrischen Spaltrohr eine Verformung aufweist, die praktisch eine Negativform einer im Betrieb zu erwartenden Beule im Spaltrohr entspricht.
Ein weiteres Beispiel für ein asymmetrisches Designelement ist ein Bereich mit gegenüber einer gleichmäßigen Faserver stärkung im Spaltrohr abweichender Faserverstärkung, wobei die Abweichung im Material, in der Lage der Fasern, in der Faserkombination, der Faserstärke und/oder der Dichte an Fa- sern im Verbundmaterial oder als eine beliebige Kombination der oben genannten Abweichungen realisiert sein kann.
Ein weiteres Beispiel für ein asymmetrisches Designelement ist ein exzentrischer Lagersitz des Spaltrohrs, der durch ei ne asymmetrische Lage, Dicke und/oder Form der abdichtenden O-Ringe realisiert sein kann.
Ein weiteres Beispiel für ein asymmetrisches Designelement ist eine zumindest in Teilbereichen nicht axialsymmetrisch zur Rotorachse angeordnete O-Ring-Abdichtung.
Bei einem Spaltrohr nach der Erfindung kann ein oder können mehrere solcher Beispiele realisiert sein und/oder es kann einen oder mehrere Bereiche aufweisen, in dem diese Beispiele für asymmetrische Designelemente realisiert sind.
Zur Herstellung wird gemäß der Erfindung vorgeschlagen, dass beispielsweise ein Formkern zur automatisierten Herstellung - z.B. durch ein Wickel erfahren oder durch eine Prepreg- Autoklav-Technologie - von Spaltrohren in negativer Verfor mungsrichtung manipuliert wird, so dass er eine Oberfläche bekommt, auf der ein Spaltrohr herstellbar ist, das eine Vor verformung aufweist, die im Betrieb unter dem Außendruck des Kühlmittels wieder zurückgedrückt wird. Das Spaltrohr erhält dann beispielsweise durch die Belastungen während des Be triebs eine runde Form. Zudem kann durch Erzeugen einer vir tuellen Darstellung eines Spaltrohres mit entsprechend iden tifizierten Bereichen, die eine höhere Belastung aushalten müssen, der Einsatz von teuren Verstärkungsfasern minimiert, z.B. nur auf diese Bereiche beschränkt sein, ohne an Qualität insgesamt einzubüßen.
Als „Prepreg" Material wird dabei ein Verbundmaterial be zeichnet, das aus vorimprägnierten Fasern und einer teilweise ausgehärteten Polymermatrix, wie Epoxid- und/oder Phenolharz, oder sogar einem thermoplastischen Gemisch mit flüssigen Kautschuken und/oder Harzen. Die Fasern können mit Vorzugs- richtung, in verschiedener Länge, gebündelt, geflochten, ver woben als Kombination mehrerer Fasermaterialien oder als Ein zelfasern vorliegen. Beispielsweise haben im Prepreg die Fa sern die Form eines Gewebes und die Matrix wird verwendet, um sie während der Herstellung miteinander und mit anderen Kom ponenten zu verbinden. Die duroplastische Matrix ist nur teilweise ausgehärtet, um eine einfache Handhabung zu ermög lichen. Ein Prepreg liegt grundsätzlich in B-Stage vor, das heißt die duroplastische Matrix ist nur teilweise ausgehär tet, nicht vernetzt. Zum Aushärten benötigen die Prepregs ei ne Autoklavprozessierung. Durch den Einsatz von Prepregs kön nen anisotrope mechanische Eigenschaften entlang der Faser erreicht werden, während die Polymermatrix Fülleigenschaften bietet und die Fasern in einem einzigen System hält.
Nach einer vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung wird für die jeweilige Nutzung des Spaltrohrs eine zu erwartende Verformung und/oder ein zu erwartendes Aufbiegen oder Eindrü cken vorausberechnet. Diese Parameter werden bei der Herstel lung des Spaltrohr genutzt, um das Spaltrohr am Ort des zu erwartenden Aufbiegens oder Eindrückens durch in Qualität und/oder Ausrichtung angepasste Faserverstärkung und/oder Ne gativ-Verformung gezielt gegenüber dem herkömmlichen Spalt rohr so zu ergänzen, dass die Verformung während des Betriebs an der ergänzten Stelle nicht oder nur vermindert oder nur nach verlängerter Betriebsdauer auftritt.
Als „Luftspaltgroße des Spaltrohrs" wird vorliegend die radi ale Ausdehnung des Luftspalts bezeichnet, in den das danach benannte Spaltrohr eingesetzt wird. Hierbei wird die Verfor mung des Spaltrohrs mitberücksichtigt. Diese zu berücksichti gende Luftspaltgroße des Spaltrohrs wird durch den - durch die vorliegende Erfindung erstmals vorgeschlagenen - Einbau asymmetrischer Designteile reduziert.
„Exzentrisch" bezeichnet eine außermittige Lagerung. Der Lagersitz ist die Positionierung des Spaltrohrs auf der Abdichtung des O-Rings.
Nach einer vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung liegt kein rundes radialsymmetrisches Spaltrohr vor, sondern bei spielsweise ein oval oder teilweise oval geformtes Spaltrohr.
Nach einer anderen vorteilhaften Ausführungsform der Erfin dung weist das Spaltrohr insbesondere in den Randbereichen am Rohrende einen oder mehrere Bereiche auf, die mit aufgestock ter Faserverstärkung versehen sind, also z.B. mehr und/oder andere Fasern zur Verstärkung aufweisen.
Eine geänderte respektive aufgestockte Faserverstärkung liegt beispielsweise auch vor, wenn ein oder mehrere Bereiche mit einer Faserverstärkung, die eine andere Vorzugsrichtung, eine andere Faserart, ein anderes Fasermaterial, eine andere Fa serverlegung, eine andere Kombination aus Fasern etc. hat, vorliegen .
Beispielsweise können Bereiche des Spaltrohrs mit einfacher Faserverstärkung, Bereiche mit gebündelten und/oder gefloch tenen Fasern, Bereiche mit Fasergelegen zur Faserverstärkung vorliegen .
So können Fasern in Form einer einfachen Faserverstärkung als Faserzopf und/oder als Rovings realisiert sein.
Nach einer weiteren Ausführungsform der Erfindung kann im Spaltrohr Faserverstärkung mit verschiedenen Vorzugsrichtun- gen, je nach Anforderungsprofil der besonders belasteten Be reiche, vorliegen.
So können beispielsweise Glasfasern allein oder in Kombinati on mit anderen Fasern zur Verstärkung genutzt werden. Diese können in eine Vorzugsrichtung oder als Fasergelege in der Fläche eingesetzt werden. Es können auch Faserverstärkungen mit einem Geflecht aus verschiedenen Fasern eingesetzt wer den.
Nach einer vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung hat das Spaltrohr eine komplexe Form. Das kann so realisiert sein, dass ein oder mehrere Bereiche vorliegen, die verdickt, gekräuselt, ausgebeult und/oder mäandernd ein- und ausgebeult sind. Nach einem weiteren Ausführungsbeispiel der Erfindung kann dieser Bereich oder können diese Bereiche mit einem oder mehreren Bereichen abwechseln, die rund und zylinderförmig sind.
Nach einer vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung hat das Spaltrohr eine komplexe Oberflächenstruktur. Dabei liegt beispielsweise ein Bereich vor, der ausgebeult ist, so dass im Betrieb unter dem hydrostatischen Druck, der herkömmlich zu einem ungleichförmigen Eindrücken des Spaltrohrs führt, hier zum Wieder-Abrunden des Spaltrohrs führt.
Nach einer weiteren Ausführungsform der Erfindung liegt das Spaltrohr zumindest teilweise in einer nicht axial symmetrischen Anordnung zur Rotorachse vor, wodurch sich eine zumindest teilweise unrunde bzw. exzentrische O-Ring Abdich tung zum Rotorbereich ergibt.
Zur Herstellung wird gemäß der Erfindung beispielsweise vor geschlagen, dass eine geometrische Anpassung des Formkerns erzeugt wird, auf welchem z.B. ein Faserkunststoffverbund- Spaltrohr gefertigt wird.
Über diesen Formkern wird dann ein Spaltrohr hergestellt, das eine komplexe Form hat, die aber im Betrieb durch eine un gleichmäßige Druckverteilung während des Betriebs infolge ei ner „Rückbildung zur nicht-komplexen einfachen zylindrischen Form" in ein herkömmliches rundes Spaltrohr umgeformt wird.
Nach einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung liegt das Spaltrohr in einer Negativ-Form der zu erwartenden Ver- formungen in Form eines Rohrs mit komplexer Form und/oder Oberfläche vor.
Durch die Erfindung wird erstmals ein Spaltrohr für eine elektrische rotierende Maschine geschaffen, das eine verbes serte Luftspaltgroße des Spaltrohrs aufweist und dadurch ge ringere elektrische Verluste im E-Motor zur Folge hat.
Durch die Erfindung wird darüber hinaus ein Spaltrohr für ei- ne elektrische rotierende Maschine geschaffen, das eine ver ringerte Luftspaltgroße des Spaltrohrs im Betrieb aufweist, weil durch VerformungsSimulation und/oder Vorausberechnung im Betrieb besonders belastete Bereiche bei der Herstellung be rücksichtigt werden, so dass die Belastungen im Betrieb auf dahingehend vorbereitete und/oder verstärkte Bereiche des Spaltrohrs treffen.

Claims

Patentansprüche
1. Spaltrohr für eine elektrische rotierende Maschine, wo bei durch Messdaten und/oder VerformungsSimulation be lastete Bereiche des Spaltrohrs identifiziert und deren im Betrieb zu erwartende Verformung gegenüber dem sym metrisch geformten Spaltrohr vorausberechenbar ist und zumindest ein diese Verformung entgegenwirkendes asym metrisches Designelement am Spaltrohr und/oder an dessen Lagersitz vorgesehen ist.
2. Spaltrohr nach Anspruch 1, wobei ein asymmetrisches De signelement am Spaltrohr eine Negativform einer zu er wartenden Ausbeulung und/oder Aufbiegung des Spaltrohrs ist.
3. Spaltrohr nach einem der Ansprüche 1 oder 2, wobei ein asymmetrisches Designelement eine exzentrische Lage der O-Ringe, die zur Lagerung und Abdichtung des Spaltrohrs dienen, ist.
4. Spaltrohr nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei ein asymmetrisches Designelement die Anordnung und/oder Verteilung der Faserverstärkung innerhalb des Spaltroh res ist.
5. Spaltrohr nach einem der vorstehenden Ansprüche, das zum Teil symmetrisch ist.
6. Spaltrohr nach einem der vorhergehenden Ansprüche, das Bereiche mit Faserverstärkung, die Glasfasern umfasst, hat.
7. Spaltrohr nach einem der vorhergehenden Ansprüche, das Bereiche mit Faserverstärkung, die Glasfasern in Kombi nation umfassen, hat.
8. Spaltrohr nach einem der vorhergehenden Ansprüche, das Bereiche mit Faserverstärkung, die ultra-hochmodulige Carbonfasern umfassen, hat.
9. Spaltrohr nach einem der vorhergehenden Ansprüche, das ganz oder teilweise eine komplexe Form hat.
10. Spaltrohr mit O-Ring-Abdichtung zum Rotorbereich der elektrischen rotierenden Maschine, wobei die O-Ring- Abdichtung zumindest in Teilbereichen nicht axialsymmet risch zur Rotorachse angeordnet ist.
11. Verfahren zur Herstellung eines Spaltrohrs, folgen de Verfahrensschritte umfassend: f)Verformungs Simulation und/oder Vermessung der auf die Formstabilität des Spaltrohrs zukommenden Betriebsbelas tungen durch hydrostatischen Druck, durch Vibration und/oder durch die Gegenkraft der abdichtenden O-Ringe, g) Erzeugen und Speichern entsprechender Daten hinsichtlich zu erwartender besonders belasteter Bereiche des Spalt rohrs, h)Auf der Grundlage dieser Daten Durchführung einer Be rechnung zur Ortung der besonders belasteten Bereiche des Spaltrohrs, i) Erzeugen einer virtuellen, gegebenenfalls digitalen Dar stellung eines hinsichtlich der besonders belasteten Be reiche optimierten Spaltrohrs, wobei die Bereiche entwe der durch Verdichtung und/oder Aufstockung der Faserver stärkung, durch Komplexität der Form und/oder Oberflä chenstruktur, und/oder durch exzentrische Lage der 0- Ringe, die gegenüber einem runden, axialsymmetrisch ge lagerten Spaltrohr abgeändert sind, j) Formung und Herstellung eines Spaltrohrs mit Abänderun gen nach den Vorgaben der gemäß d) erzeugten virtuellen und gegebenenfalls digitalen Darstellung.
12. Verfahren nach Anspruch 11, das automatisiert er folgt.
13. Verfahren nach einem der Ansprüche 11 oder 12, das über ein Wickelverfahren erfolgt.
14. Verfahren nach einem der Ansprüche 11 bis 13, das über eine Prepreg-Autoclav-Technologie erfolgt.
15. Verwendung eines Spaltrohrs nach einem der Ansprü che 1 bis 10 in einem Motor und/oder einer Flüssigkeits- pumpe .
PCT/EP2022/068456 2021-07-13 2022-07-04 Spaltrohr für eine elektrische rotierende maschine, herstellungsverfahren dazu WO2023285192A1 (de)

Priority Applications (3)

Application Number Priority Date Filing Date Title
EP22747607.4A EP4348811A1 (de) 2021-07-13 2022-07-04 Spaltrohr für eine elektrische rotierende maschine, herstellungsverfahren dazu
CN202280049679.6A CN117642965A (zh) 2021-07-13 2022-07-04 用于旋转式电机的密闭套管、用于其的制造方法
US18/579,290 US20240339886A1 (en) 2021-07-13 2022-07-04 Can for an Electric Rotating Machine

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
DE102021207416.2 2021-07-13
DE102021207416.2A DE102021207416B3 (de) 2021-07-13 2021-07-13 Spaltrohr für eine elektrische rotierende Maschine, Herstellungsverfahren dazu

Publications (1)

Publication Number Publication Date
WO2023285192A1 true WO2023285192A1 (de) 2023-01-19

Family

ID=82703078

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
PCT/EP2022/068456 WO2023285192A1 (de) 2021-07-13 2022-07-04 Spaltrohr für eine elektrische rotierende maschine, herstellungsverfahren dazu

Country Status (5)

Country Link
US (1) US20240339886A1 (de)
EP (1) EP4348811A1 (de)
CN (1) CN117642965A (de)
DE (1) DE102021207416B3 (de)
WO (1) WO2023285192A1 (de)

Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4838763A (en) * 1986-11-20 1989-06-13 Heyko Reinecker Canned motor pump
DE19840470A1 (de) * 1997-09-09 1999-05-20 Charmilles Technologies Vorrichtung zur Halterung einer Elektrode für Elektroerosionsmaschinen
EP2040354A1 (de) * 2007-09-21 2009-03-25 Grundfos Management A/S Spaltrohr eines Antriebsmotors für ein Pumpenaggregat
EP2040353A1 (de) * 2007-09-21 2009-03-25 Siemens Aktiengesellschaft Spaltrohr und Verfahren zur Herstellung
EP2549100A1 (de) * 2011-07-18 2013-01-23 Alstom Wind, S.L.U. Windturbinengenerator
DE102020205287A1 (de) 2020-04-27 2021-10-28 Siemens Aktiengesellschaft Elektrische rotierende Maschine, Elektromotor oder Flüssigkeitspumpe mit Spaltrohr

Family Cites Families (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
LU48818A1 (de) 1964-06-19 1965-08-12
DE202010018078U1 (de) 2010-12-23 2014-01-27 Avl Trimerics Gmbh Maschine mit Faserspaltrohr

Patent Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4838763A (en) * 1986-11-20 1989-06-13 Heyko Reinecker Canned motor pump
DE19840470A1 (de) * 1997-09-09 1999-05-20 Charmilles Technologies Vorrichtung zur Halterung einer Elektrode für Elektroerosionsmaschinen
EP2040354A1 (de) * 2007-09-21 2009-03-25 Grundfos Management A/S Spaltrohr eines Antriebsmotors für ein Pumpenaggregat
EP2040353A1 (de) * 2007-09-21 2009-03-25 Siemens Aktiengesellschaft Spaltrohr und Verfahren zur Herstellung
EP2549100A1 (de) * 2011-07-18 2013-01-23 Alstom Wind, S.L.U. Windturbinengenerator
DE102020205287A1 (de) 2020-04-27 2021-10-28 Siemens Aktiengesellschaft Elektrische rotierende Maschine, Elektromotor oder Flüssigkeitspumpe mit Spaltrohr

Also Published As

Publication number Publication date
US20240339886A1 (en) 2024-10-10
CN117642965A (zh) 2024-03-01
EP4348811A1 (de) 2024-04-10
DE102021207416B3 (de) 2022-11-10

Similar Documents

Publication Publication Date Title
DE60209574T2 (de) Kühlkanal für in kunstharz vergossene transformatorspule
DE102013109522B4 (de) Spaltrohrmotor mit hochdruckfestem Spaltrohr
WO2010099974A2 (de) Doppelrotormotor mit wärmeableitung
EP2698557B1 (de) Schwungrad-Energiespeicher
EP4115502A1 (de) Elektrische rotierende maschine, elektromotor oder flüssigkeitspumpe mit spaltrohr
DE69505432T2 (de) Schwungrad-Energiespeichergerät
DE102008041180A1 (de) Stirling-Kreislaufmaschine
DE102019112389A1 (de) Kühlung von Elektromotoren
DE102020119679A1 (de) Elektrische Maschine und Kraftfahrzeug
WO2018086983A1 (de) Elektrische spulenanordnung aus litzenleitersegmenten
DE102021207416B3 (de) Spaltrohr für eine elektrische rotierende Maschine, Herstellungsverfahren dazu
EP3058640B1 (de) Läuferkappe für elektrische generatoren
DE102018200309A1 (de) Wälzlageranordnung und Verfahren
DE102019202894A1 (de) Druckgasspeicher und Verfahren zum Befüllen des Druckgasspeichers sowie Fahrzeug mit einem solchen Druckgasspeicher
DE102018110604A1 (de) Flanschanschluss für ein Windenergieanlagenrotorblatt, Versteifungslage für einen Flanschanschluss, Flanscheinleger, Windenergieanlagenrotorblatt, Windenergieanlage sowie Verfahren zum Herstellen eines Flanschanschlusses
DE102008025702A1 (de) Asynchronmaschine mit verbesserten mechanischen Eigenschaften und Verfahren zum Herstellen eines Läufers für eine Asynchronmaschine
CN209494867U (zh) 双金属复合型金属橡胶结构
WO2012061856A2 (de) Wickelkopfabstützung für einen generator
DE202021102606U1 (de) Sammelschieneneinheit für einen Motor
DE102021103076A1 (de) Hochdrucktank und Herstellungsverfahren für einen Hochdrucktank
EP4220911A1 (de) Elektrische rotierende maschine mit spaltrohr
US20140349043A1 (en) Structural components
CN218118282U (zh) 一种预埋螺栓套及风力发电机
DE102017209808A1 (de) Verfahren zur Herstellung eines Druckbehälters, sowie ein entsprechender Druckbehälter
US20230091445A1 (en) Coil Impregnation With Filled Resin

Legal Events

Date Code Title Description
121 Ep: the epo has been informed by wipo that ep was designated in this application

Ref document number: 22747607

Country of ref document: EP

Kind code of ref document: A1

WWE Wipo information: entry into national phase

Ref document number: 2022747607

Country of ref document: EP

ENP Entry into the national phase

Ref document number: 2022747607

Country of ref document: EP

Effective date: 20240102

WWE Wipo information: entry into national phase

Ref document number: 18579290

Country of ref document: US

Ref document number: 202280049679.6

Country of ref document: CN

NENP Non-entry into the national phase

Ref country code: DE