EP2507897A2 - Doppelwandiger gusskörper für eine flüssigkeitsgekühlte elektrische maschine - Google Patents

Doppelwandiger gusskörper für eine flüssigkeitsgekühlte elektrische maschine

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Publication number
EP2507897A2
EP2507897A2 EP10798259A EP10798259A EP2507897A2 EP 2507897 A2 EP2507897 A2 EP 2507897A2 EP 10798259 A EP10798259 A EP 10798259A EP 10798259 A EP10798259 A EP 10798259A EP 2507897 A2 EP2507897 A2 EP 2507897A2
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
double
cast body
coolant
walled
liquid
Prior art date
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Withdrawn
Application number
EP10798259A
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Franz Georg Reiners
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.)
Dietermann & Co KG GmbH
Original Assignee
Dietermann & Co KG GmbH
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
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Publication of EP2507897A2 publication Critical patent/EP2507897A2/de
Withdrawn legal-status Critical Current

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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
    • H02K5/06—Cast metal casings
    • 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
    • H02K5/20—Casings or enclosures characterised by the shape, form or construction thereof with channels or ducts for flow of cooling medium
    • H02K5/203—Casings or enclosures characterised by the shape, form or construction thereof with channels or ducts for flow of cooling medium specially adapted for liquids, e.g. cooling jackets

Definitions

  • the invention relates to a double-walled cast body for a
  • Liquid-cooled electric machine between whose walls the liquid coolant can be moved.
  • Electrical machines ie electric motors or generators, convert part of the electrically or mechanically introduced energy into heat.
  • the heat dissipation is one of the main influencing factors on the size and thus the weight of an electric machine, which in many cases the limiting or determining parameters of a specific
  • the housing has inner ribs which directly hold the stator core and in
  • Air pressure chambers arranged to force air circulation along the ribs.
  • these ribs can meander for example meandering or undulating.
  • Cooling liquid due to the arrangement of the usually single continuous channel, so that the temperature of the liquid increases continuously to the end of the relatively long channel, which means uneven or partial cooling.
  • JP 8-19218 A also describes a cast body which has internal cavities which serve to distribute cooling water to the surroundings of the stator. From an inner jacket ribs protrude radially outward. Some ribs connect via short sections the inner with the outer jacket to short closed channel sections. Due to the numerous changes in the flow cross section and occurring, temporally variable turbulence results in a high flow resistance, the flow rate of the
  • EP 0 942 515 A2 focuses in particular on the direction of the inlet and outlet of the channels for the coolant, while the
  • EP 1 199 786 A1 concentrates on the more specific binding of the two housing parts. In particular, this document emphasizes that
  • Friction welding are connected to each other, so that should easily result in a good sealing connection.
  • the object of the invention is to propose a double-walled cast body for a liquid-cooled electric machine, in which the coolant essentially ensures uniform, rapid and efficient cooling of the electric machine in the entire flow region of the coolant.
  • Coolant longitudinal channels parallel to the longitudinal center axis of the cast body.
  • the flow path for the coolant is divided accordingly, since in the longitudinal direction always the sum of the distance between the serving as inlet and outlet of the coolant openings must be covered.
  • the distance to be covered by the coolant in the inventive design of the casting greatly shortened. This results in an equally reduced temperature gradient and thus a more uniform and faster cooling of the electrical machine.
  • the length of the annularly arranged coolant channels is also independent of the flow direction of the coolant, ie clockwise or in the
  • these coolant longitudinal channels can be distributed differently in the context of the present invention over the circumference of the casting, in extreme cases, even be arranged directly next to each other.
  • the annularly disposed channels therebetween may correspond to the reduced distance in their direction
  • Modifications can also be achieved an intended different distribution of cooling intensity.
  • the invention is advantageously further developed according to claim 3, characterized in that the coolant longitudinal channels each have their largest cross section in the region of the opening. This measure encourages you along the whole
  • Coolant path in the casting body uniform flow velocity.
  • This very uniform flow velocity also leads to a homogeneous heat dissipation in the entire shell region of the cast body.
  • This uniform flow rate is further promoted by the fact that, as provided in claim 4 under protection, the cross-sectional change is continuous.
  • Reinforcing ribs ensure on the one hand a stabilization of the cast body, on the other hand, the enlargement of the outer surface of the cast body with the result of the additional improved heat exchange to the environment.
  • Claim 7 This material changes are avoided, which reduce the heat conduction within the casting. In addition, the risk of leaks at material transitions is avoided. A one-piece casting is also easy and inexpensive to produce and results in a stable overall
  • this one-piece casting is made by sand casting, for which it has interruptions over its length on opposite sides of the casting for the disposal of Gusskemes (claim 8). These interruptions are closed after the disposal of the casting core by means of covers.
  • Cylinder jacket formed, it can be closed by 2 lids, which are arranged at the two open ends.
  • the cast body is pot-shaped (claim 11), that is, if it already has an integrated bottom, only one lid is on the bottom
  • the cooling in the shell region of the casting according to the invention is so effective and especially in the region of greatest heat radiation of the electric machine arranged so that even by the flow through the shell by means of the coolant in most cases sufficient cooling is achieved.
  • FIG. 1 is a perspective view of the invention
  • FIG. 2 shows a front view of the cast body according to the invention
  • FIG. 3 shows the section B-B from FIG. 2,
  • FIG. 4 shows a side view of the cast body according to the invention
  • FIG. 5 shows the section A-A from FIG. 4,
  • FIG. 7 is a plan view of the cast body according to the invention.
  • the article according to the invention is a cast body 1 which has an annular shape
  • Cover interruptions of the lateral surface after removal of the casting core can be welded, for example.
  • the coolant channels 11 can be seen in cross-section, which are bounded by inner ribs 12 and an inner and an outer shell part 3 ', 3 "The cross-section of the closed coolant channels is advantageously the same over their respective length
  • the both coolant longitudinal channels 5 and 5 'in each case to the opening 6 and 6' evenly expand. This results in a uniform flow / pressure profile, which serves to equalize the flow velocity within the system.
  • the inner ribs 12 are interrupted in order to allow an unimpeded flow of the liquid in the axial direction, which additionally facilitates pressure and temperature compensation.
  • Coolant longitudinal channels 5 and 5 ' is the length of the annular coolant channels 11 regardless of the direction of flow in the clockwise direction or
  • Coolant longitudinal channels 5 and 5 ' can be adjusted so that the amount of coolant flowing along this channel is matched to the sum of the respectively underlying cross sections of the partially annular channels 11. In this way, a flow velocity which is the same everywhere is achieved, as a result of which an extraordinarily good homogeneity of the heat removal over the whole
  • the openings 6 and 6 ' can be exchanged as an inlet or outlet opening.
  • the number and design and dimensioning of the outer reinforcing ribs 4 and the cooling fins 10 can be adapted to the specific requirements of the cast body according to the invention. The same applies to the length of the part-annular channels 11, which at a deviation from the exactly opposite arrangement of the coolant longitudinal channels 5, 5 'a
  • FIGS. 4 and 5 illustrate the overall design of the cast body 1 according to the invention.
  • Covers 8 and 8 'concealed openings are dispensed with if a water-soluble core mass, such as salt, is used instead of core sand. This core mass can then be disposed of without residue.
  • a water-soluble core mass such as salt

Landscapes

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

Abstract

Die Erfindung betrifft einen doppelwandigen Gusskörper für eine flüssigkeitsgekühlte elektrische Maschine, zwischen dessen Wandungen das flüssige Kühlmittel bewegt werden kann. Aufgabe der Erfindung ist es, eine gute und gleichmäßige Wärmeabführung über die gesamte Mantelfläche zu gewährleisten. Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, dass die doppelwandige Mantelfläche (3, 3', 3") des Gusskörpers (1) durch ringförmig umlaufende innere Rippen (12) in Kühlmittelkanäle (11) unterteilt ist, wobei parallel zur Längsmittelachse des Gusskörpers (1) zwei Kühlmittellängskanäle (5, 5') ausgebildet sind, in deren Bereich die inneren Rippen (12) unterbrochen sind und die Kühlmittellängskanäle (5, 5') bezüglich der Längsmittelachse an unterschiedlichen Enden Öffnungen (6, 6') aufweisen, die als Ein- und Austritt der Kühlflüssigkeit dienen.

Description

Beschreibung
Doppelwandiger Gusskörper für eine flüssigkeitsgekühlte elektrische Maschine Technisches Gebiet
Die Erfindung betrifft einen doppelwandigen Gusskörper für eine
flüssigkeitsgekühlte elektrische Maschine, zwischen dessen Wandungen das flüssige Kühlmittel bewegt werden kann.
Stand der Technik
Elektrische Maschinen, also Elektromotoren oder Generatoren, wandeln einen Teil der elektrisch oder mechanisch eingebrachten Energie in Wärme um.
Die Wärmeabfuhrleistung ist einer der wesentlichen Einflussfaktoren auf die Baugröße und damit das Gewicht einer elektrischen Maschine, welche in vielen Fällen die limitierenden bzw. bestimmenden Parameter einer spezifischen
Einbausituation sind. Bei elektrischen Hochleistungsmaschinen oder unter sehr beengten Einbauverhältnissen nimmt die Wärmeerzeugung ein Ausmaß an, welches eine rasche und effiziente Abführung der Wärme für einen
ordnungsgemäßen Betrieb der Maschine erfordert.
Hierzu ist es beispielsweise durch die EP 0 899 852 A1 bekannt geworden, einen Elektromotor mittels Durchzugsbelüftung zu kühlen. Dazu weist das Gehäuse Innenrippen auf, die unmittelbar das Ständerblechpaket halten und im
Wesentlichen axial verlaufen. Auf beiden Seiten der Innenrippen sind
Luftdruckräume angeordnet, um eine Luftzirkulation entlang der Rippen zu erzwingen. Zur Verbesserung des Wärmeaustausches können diese Rippen beispielsweise mäander- oder wellenförmig verlaufen.
Eine solche Luftkühlung ist aufgrund der begrenzten Wärmeaufnahmefähigkeit von Luft hinsichtlich des Wärmeabtransportes limitiert. Es ist deshalb auch schon vorgeschlagen worden, die Luftkühlung durch eine Flüssigkeitskühlung, insbesondere eine Wasserkühlung, zu ersetzen. Die
DE 10 2007 035 271 A1 und EP 0 924 839 A1 beschreiben unterschiedliche Gehäuse für einen Elektromotor, die für eine Flüssigkeitszirkulation zu beiden Stirnseiten hin offene Hohlräume besitzen, die untereinander durch in den
Lagerschilden und/oder in den Stirnflächen des mittleren Gehäusebereiches angeordnete Umlenknuten miteinander verbunden werden, so dass sich ein mäanderförmiger Durchfluss des Kühlmediums ergibt. Sofern diese Hohlräume durch eingegossene Materialien dargestellt werden, ergibt sich aufgrund der mehrfachen Materialwechsel zwischen Maschine, Gehäusekörper und Flüssigkeit ein schlechterer Wärmeübergang. Weiter bergen die in beiden Anmeldungen der (z.B. an den Stirnseiten angebrachten) vorgesehenen Umlenknuten erhebliche Schwierigkeiten an die notwendige Abdichtung. Die Fertigung gemäß diesen Dokumenten ist aufwendig, ist doch spanende Bearbeitung und mehrfacher Montageaufwand vonnöten. Vor allem aber ergibt sich ein nicht unerhebliches Temperaturgefälle vom Eintritt der Kühlflüssigkeit bis zum Austritt der
Kühlflüssigkeit aufgrund der Anordnung des in der Regel einzigen durchgängigen Kanals, so dass die Temperatur der Flüssigkeit kontinuierlich zum Ende des relativ langen Kanals ansteigt, was eine ungleichmäßige oder nur teilweise Kühlung bedeutet.
Ein ähnliches Problem tritt bei der in der EP 2 043 233 A1 beschriebenen technischen Lösung auf, welche vor allem auf die Vorteile des Gussverfahrens abzielt. In die Mantelfläche eines äußeren Gehäuseteiles ist ein
schraubenlinienförmig verlaufender Mantel aus einem anderen Material eingegossen. Zum einen findet hier bereits ein Materialwechsel zwischen innerem und äußerem Gehäuse statt, zum anderen ergibt sich durch den helixförmigen Kanal eine erhebliche Kanallänge, durch die ein starkes Temperaturgefälle zwischen Kühlmitteleintritt und Kühlmittelaustritt entsteht. Insbesondere sind mit dem Einguss des Kühlmittelkanals aber zusätzliche Kosten vorhanden. Auch die JP 8- 19218 A beschreibt einen Gusskörper, der innere Hohlräume besitzt, die der Verteilung von Kühlwasser auf die Umgebung des Stators dienen. Aus einem inneren Mantel ragen Rippen radial nach außen. Einige Rippen verbinden über kurze Abschnitte den inneren mit dem äußeren Mantel zu kurzen geschlossenen Kanalabschnitten. Durch die zahlreichen Veränderungen des Strömungsquerschnitts und dabei auftretende, zeitlich veränderliche Turbulenzen ergibt sich ein hoher Strömungswiderstand, der die Durchflussmenge des
Kühlmittels und damit den Wärmetransport mindert. Dies ist aber insofern erwünscht, da diese Anmeldung auf die Erzielung von Turbulenzen und damit die Vermeidung von Eigenschwingungen bzw. daraus resultierendem Lärm fokussiert. Radial gegenüberliegend münden jeweils in der Mitte der axialen Ausdehnung der Mantelflächen Ein- und Austrittsöffnungen für die Kühlflüssigkeit. Durch diese Ausbildung des Gusskörpers wird einerseits ein Strömungsprofil erzielt, welches die höchste Durchströmungsrate in der Mitte der axialen Ausdehnung des
Gusskörpers besitzt und dadurch eine ungleichmäßige Kühlung bzw.
Temperaturspitzen an den beiden außermittig liegenden Enden bewirkt.
Durch die EP 0 942 515 A2 sowie die EP 1 199 786 A1 sind Gehäuse für eine elektrische Maschine bekannt geworden, bei denen sich durch die Formgebung von Innen- und Außengehäuse ein zusammenhängender ringförmiger
Zwischenraum ergibt, der das Kühlmittel aufnimmt.
Die EP 0 942 515 A2 konzentriert sich dabei insbesondere auf die Richtung der Ein- und Ausmündung der Kanäle für das Kühlmittel, während die
EP 1 199 786 A1 sich auf die spezifischere Bindung der beiden Gehäuseteile konzentriert. So hebt dieses Dokument vor allem darauf ab, dass
korrespondierende ringförmige Flächen der beiden Gehäuseteile durch
Reibschweißen miteinander verbunden werden, so dass sich auf einfache Weise eine gut dichtende Verbindung ergeben soll.
Die in beiden Dokumenten beschriebenen größeren zusammenhängenden Hohlräume gewährleisten keine gleichmäßige geführte Strömung der Kühlflüssigkeit im jeweiligen gesamten Hohlraum, sondern führen zu so genannten Wärmenestern. Insbesondere ist auch die Wärmeabfuhr begrenzt, da die Kontaktfläche zwischen Wärme abführendem Gehäusekörper und Wärme aufnehmender Kühlflüssigkeit gering ist.
Offenbarung der Erfindung
Aufgabe der Erfindung ist es, einen doppelwandigen Gusskörper für eine flüssigkeitsgekühlte elektrische Maschine vorzuschlagen, in dem das Kühlmittel im Wesentlichen für eine gleichmäßige, rasche und effiziente Kühlung der elektrischen Maschine im gesamten Strömungsbereich des Kühlmittels sorgt.
Die Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die kennzeichnenden Merkmale des Anspruches 1 gelöst.
Die Erfindung ist durch die Merkmale der abhängigen Ansprüche vorteilhaft weitergebildet.
Die Erfindung verbindet den Vorteil des intensiven Wärmeaustausches durch die Unterteilung des Innenraumes des Gusskörpers in eine Vielzahl von
Kühlmittelkanälen unter Vermeidung der Ausbildung von Wärmenestern mit dem weiteren Vorteil, dass sich durch die spezifische Ausbildung der Kanäle für das Kühlmittel eine im Wesentlichen in ihrer Längsausdehnung gleiche
Strömungsstrecke zwischen Ein- und Auslass ergibt. Es ist dabei gleichgültig, wie weit der ringförmige Kühlmittelkanal zwischen den umlaufenden inneren Rippen vom Ein- bzw. Austritt der Kühlflüssigkeit entfernt ist. Die Länge der
nebeneinander liegenden Kanäle ist im Wesentlichen gleich, da die
Kühlmittellängskanäle parallel zur Längsmittelachse des Gusskörpers verlaufen. Innerhalb der Kühlmittellängskanäle teilt sich die Strömungsstrecke für das Kühlmittel entsprechend auf, da in Längsrichtung immer als Summe die Strecke zwischen den als Ein- und Austritt der Kühlflüssigkeit dienenden Öffnungen zurückgelegt werden muss. Im Verhältnis zu einer schraubenlinienförmigen Ausbildung des Kühlmittelkanals ist die vom Kühlmittel zurückzulegende Strecke bei der erfindungsgemäßen Ausbildung des Gusskörpers stark verkürzt. Daraus resultieren ein ebenso stark vermindertes Temperaturgefälle und damit eine gleichmäßigere und raschere Kühlung der elektrischen Maschine.
Sind die Kühlmittellängskanäle direkt gegenüberliegend, also um 180° zueinander versetzt, angeordnet, wie das vorteilhaft im Anspruch 2 angegeben ist, ist die Länge der ringförmig angeordneten Kühlmittelkanäle auch unabhängig von der Strömungsrichtung des Kühlmittels, also im Uhrzeigersinn oder im
Gegenuhrzeigersinn, identisch.
Ist eine gegenüberliegende Anordnung der Kühlmittellängskanäle aus Platz- oder anderen Gründen nicht möglich oder gewollt, können diese Kühlmittellängskanäle im Rahmen der vorliegenden Erfindung auch anders über den Umfang des Gusskörpers verteilt sein, im Extremfall sogar direkt nebeneinander angeordnet werden. Um jedoch zu vermeiden, dass ein wesentlicher Teil des Kühlmittels den kürzesten Weg von einem Kühlmittellängskanal zu dem benachbarten anderen Kühlmittellängskanal nimmt, können die dazwischen liegenden ringförmig angeordneten Kanäle entsprechend dem verminderten Abstand in ihrem
Querschnitt reduziert und im Extremfall verschlossen sein. Durch derartige
Modifikationen kann auch eine beabsichtigte unterschiedliche Verteilung der Kühlintensität erreicht werden.
Die Erfindung ist vorteilhaft gemäß Anspruch 3 dadurch weitergebildet, dass die Kühlmittellängskanäle jeweils im Bereich der Öffnung ihren größten Querschnitt aufweisen. Diese Maßnahme fördert eine sich entlang des gesamten
Kühlmittelweges im Gusskörper gleichmäßige Strömungsgeschwindigkeit. Auch diese sehr gleichmäßige Strömungsgeschwindigkeit führt zu einer homogenen Wärmeabfuhr im gesamten Mantelbereich des Gusskörpers. Diese gleichmäßige Strömungsgeschwindigkeit wird noch dadurch gefördert, dass, wie in Anspruch 4 unter Schutz gestellt, die Querschnittsveränderung kontinuierlich erfolgt.
Gemäß Anspruch 5 am Außenumfang der Mantelfläche umlaufende
Verstärkungsrippen gewährleisten zum einen eine Stabilisierung des Gusskörpers, zum anderen die Vergrößerung der Außenoberfläche des Gusskörpers mit der Folge des zusätzlich verbesserten Wärmeaustausches zur Umgebung.
Zu bevorzugen bezüglich der Stabilität des gesamten Gusskörpers ist die wechselweise Anordnung der am Außenumfang angeordneten
Verstärkungsrippen mit den inneren Rippen gemäß Anspruch 6.
Besonders vorteilhaft ist die einteilige Ausbildung des Gusskörpers gemäß
Anspruch 7. Dadurch werden Materialwechsel vermieden, die die Wärmeleitung innerhalb des Gusskörpers vermindern. Außerdem wird das Risiko von Leckagen an Materialübergängen vermieden. Ein einteiliger Gusskörper ist außerdem einfach und kostengünstig herstellbar und ergibt eine insgesamt stabile
Konstruktion.
Vorteilhaft ist dieser einteilige Gusskörper im Sandgussverfahren hergestellt, wofür er Unterbrechungen über seine Länge an gegenüberliegenden Seiten des Gusskörpers für die Entsorgung des Gusskemes aufweist (Anspruch 8). Diese Unterbrechungen werden im Anschluss an die Entsorgung des Gusskernes mittels Abdeckungen verschlossen.
Alternativ besteht auch die Möglichkeit, einen Gusskern zu verwenden, der sich in einem flüssigen Medium, zum Beispiel Wasser, vollständig auflöst. Hierfür kommt beispielsweise Salz infrage. Eine Spülung aller Kanäle führt dazu, dass in den Kanälen dann keine Rückstände verbleiben, ohne dass es dafür zusätzlicher Entsorgungsöffnungen bedürfte. Die Ausbildung des Gusskörpers aus Aluguss gemäß Anspruch 9 hat den Vorteil eines geringeren Gewichtes, der außerordentlich guten Wärmeübertragung von Aluminium sowie seiner Korrosionsbeständigkeit.
Ist der erfindungsgemäße Gusskörper gemäß Anspruch 10 lediglich als
Zylindermantel ausgebildet, kann er durch 2 Deckel verschlossen werden, die an den beiden offenen Enden angeordnet sind.
Ist der Gusskörper topfförmig ausgebildet (Anspruch 11), das heißt, besitzt er bereits einen integrierten Boden, ist nur ein Deckel an dem dem Boden
gegenüberliegenden Ende erforderlich.
Durch die Anordnung von Rippen im Bereich des Bodens des Gusskörpers wird die Wärme abstrahlende Oberfläche des Gusskörpers vergrößert, so dass insgesamt die Wärmeabfuhr weiter optimiert wird (Anspruch 12).
Weiterhin besteht auch die Möglichkeit, weitere Kühlkanäle in den beiden Deckeln respektive im Bodenbereich und in dem einen Deckel einzubringen. Jedoch ist die Kühlung im Mantelbereich des Gusskörpers gemäß der Erfindung so effektiv und vor allem im Bereich der größten Wärmeabstrahlung der elektrischen Maschine angeordnet, so dass auch allein durch die Durchströmung des Mantels mittels des Kühlmittels in den meisten Fällen eine ausreichende Kühlung erreicht wird.
Die Erfindung soll anhand eines Ausführungsbeispieles näher erläutert werden, bei dem der Gusskörper topfförmig ausgebildet ist.
In den Zeichnungen zeigen:
- Figur 1 eine perspektivische Darstellung des erfindungsgemäßen
Gusskörpers, - Figur 2 eine Vorderansicht des erfindungsgemäßen Gusskörpers,
- Figur 3 den Schnitt B-B aus Figur 2,
- Figur 4 eine Seitenansicht des erfindungsgemäßen Gusskörpers,
- Figur 5 den Schnitt A-A aus Figur 4,
- Figur 6 den Schnitt C-C aus Figur 2 und
- Figur 7 eine Draufsicht auf den erfindungsgemäßen Gusskörper.
In Figur 1 ist deutlich zu erkennen, dass es sich bei dem erfindungsgemäßen Gegenstand um einen Gusskörper 1 handelt, der einen ringförmigen
Boden 2 aufweist, der über Rippen mit dem Mantel 3 und einer Rotorlageröffnung 9 verbunden ist. Deutlich zu erkennen sind auch die äußeren Verstärkungsrippen 4, die den Mantel 3 ringförmig umgeben. Zu sehen ist des Weiteren einer der Kühlmittellängskanäle 5 mit Öffnung 6 für den Kühlmitteleintritt. Außerdem sind die Unterbrechungen 7 der äußeren Mantelfläche mit Rippenabschnitten 12a zu sehen, die der Entsorgung des Gusskernes dient, wenn die Herstellung des Gusskörpers im Sandgussverfahren erfolgt ist. Ohne weiteres ist auch zu erkennen, dass es sich um einen einteiligen Gusskörper handelt.
In Figur 2 sind darüber hinaus Abdeckungen 8 und 8' zu erkennen, die die
Unterbrechungen der Mantelfläche nach Entfernung des Gusskernes abdecken. Diese Abdeckungen 8 und 8' können beispielsweise angeschweißt werden.
In Figur 3 sind die Kühlmittelkanäle 11 im Querschnitt zu erkennen, die durch innere Rippen 12 und einen inneren und einen äußeren Mantelteil 3', 3" begrenzt sind. Der Querschnitt der geschlossenen Kühlmittelkanäle ist vorteilhaft jeweils über ihre Länge gleich. Auch sind vorteilhaft die Querschnitte der einzelnen Kühlmittelkanäle untereinander gleich. Außerdem ist erkennbar, dass sich die beiden Kühlmittellängskanäle 5 und 5' jeweils zu der Öffnung 6 beziehungsweise 6' hin gleichmäßig erweitern. Daraus ergibt sich ein gleichmäßiges Strömungs- / Druckprofil, welches der Vergleichmäßigung der Strömungsgeschwindigkeit innerhalb des Systems dient. Innerhalb der Kühlmittellängskanäle 5 und 5' sind die inneren Rippen 12 unterbrochen, um ein ungehindertes Strömen der Flüssigkeit in axialer Richtung zu ermöglichen, welches Druck- und Temperaturausgleich zusätzlich erleichtert.
Bei der im Ausführungsbeispiel dargestellten und bevorzugten,
gegenüberliegenden, das heißt, um 180° versetzen Anordnung der
Kühlmittellängskanäle 5 und 5' ist die Länge der ringförmigen Kühlmittelkanäle 11 unabhängig von der Strömungsrichtung im Uhrzeigersinn oder
Gegenuhrzeigersinn immer gleich. Das heißt, das Kühlmittel, welches
beispielsweise in die Öffnung 6 eintritt, legt einen Weg von dieser Öffnung durch den unmittelbar benachbart angeordneten ersten Kühlmittelkanal in einer der beiden Richtungen zum Kühlmittellängskanal 5' hin zurück und anschließend längs des Kühlmittellängskanals 5' bis zur Öffnung 6', wo es austritt. Sollte das Kühlmittel ausgehend von der Öffnung 6 bis ans Ende des Kühlmittellängskanals 5 erst in den letzten Kühlmittelkanal 11 strömen, würde es die Wegstrecke um 180° innerhalb dieses Kühlmittelkanals 11 zurücklegen und dann unmittelbar auf die Austrittsöffnung 6' des Kühlmittels stoßen. In beiden Fällen legt das Kühlmittel exakt die gleiche Strecke zurück. Entsprechendes trifft auf alle dazwischen liegenden Kühlmittelkanäle 1 zu. Der Querschnittsverlauf der
Kühlmittellängskanäle 5 und 5' kann so eingestellt werden, dass die entlang dieses Kanals strömende Kühlmittelmenge auf die Summe der jeweils dahinter liegenden Querschnitte der teilringförmigen Kanäle 11 abgestimmt ist. Auf diese Weise wird eine überall gleiche Strömungsgeschwindigkeit erzielt, wodurch eine außerordentlich gute Homogenität der Wärmeabfuhr über die gesamte
Mantelfläche erreicht wird.
Je nach Einsatzort und Einbaulage können die Öffnungen 6 und 6' als Ein- oder Ausströmöffnung ausgetauscht werden. Weiterhin können Anzahl und Ausbildung sowie Dimensionierung der äußeren Verstärkungsrippen 4 sowie der Kühlrippen 10 den speziellen Anforderungen an den erfindungsgemäßen Gusskörper angepasst werden. Das Gleiche trifft auf die Länge der teilringförmigen Kanäle 11 zu, die bei einer Abweichung von der genau gegenüberliegenden Anordnung der Kühlmittellängskanäle 5, 5' eine
unterschiedliche Ausdehnung haben können und somit eine Anpassung an eine möglicherweise gewünschte, zielgerichtete asymmetrische Wärmeabfuhr gestatten.
Die übrigen Darstellungen in den Figuren 4 und 5 verdeutlichen die gesamte Ausbildung des erfindungsgemäßen Gusskörpers 1. Gleiches trifft auf den Schnitt C-C in Figur 6 zu sowie die Draufsicht auf den erfindungsgemäßen Gusskörper, die gleichzeitig den Innenraum des Gusskörpers 1 illustriert.
Auch wenn dies hier nicht gesondert dargestellt ist, kann auf die durch die
Abdeckungen 8 und 8' verdeckten Öffnungen verzichtet werden, wenn anstelle von Kernsand eine wasserlösliche Kernmasse, wie zum Beispiel Salz, verwendet wird. Diese Kernmasse kann dann rückstandslos entsorgt werden.
Bezugszeichenaufstellung
1 Gusskörper
2 Boden
3 Doppelwandiger Mantel,
3', 3" innerer und äußerer Mantelteil
4 Äußere Verstärkungsrippen
5, 5' Kühlmittellängskanäle
6, 6' Öffnung
7 Kernentsorgungsöffnungen Abdeckung
Rotorlageröffnung
Kühlrippen
Kühlmittelkanäle
Innere Rippen
Gusskörperinnenraum

Claims

Patentansprüche
1. Doppelwandiger Gusskörper (1) für eine flüssigkeitsgekühlte elektrische
Maschine, zwischen dessen Wandungen (3, 3') das flüssige Kühlmittel bewegt werden kann, dadurch gekennzeichnet,
- dass die doppelwandige Mantelfläche (3, 3', 3") des Gusskörpers (1) durch ringförmig umlaufende innere Rippen (12) in Kühlmittelkanäle (11) unterteilt ist,
- dass parallel zur Längsmittelachse des Gusskörpers (1) zwei
Kühlmittellängskanäle (5, 5') ausgebildet sind, in deren Bereich die inneren Rippen (12) unterbrochen sind,
- und dass die Kühlmittellängskanäle (5, 5') bezüglich der Längsmittelachse an unterschiedlichen Enden Öffnungen (6, 6') aufweisen, die als Ein- und Austritt der Kühlflüssigkeit dienen.
2. Doppelwandiger Gusskörper (1) nach Anspruch , dadurch gekennzeichnet, dass die Kühlmittellängskanäle (5, 5') gegenüberliegend angeordnet sind.
3. Doppelwandiger Gusskörper (1) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch
gekennzeichnet, dass die Kühlmittellängskanäle (5, 5') jeweils im Bereich der Öffnung (6, 6') ihren größten Querschnitt aufweisen.
4. Doppelwandiger Gusskörper (1) nach Anspruch 2 oder 3, dadurch
gekennzeichnet, dass sich der Querschnitt der Kühlmittellängskanäle (5, 5') von der Öffnung (6, 6') zu ihrem anderen Ende hin kontinuierlich verringert.
5. Doppelwandiger Gusskörper (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass am Außenumfang der Mantelfläche (3') umlaufende Verstärkungsrippen (4) angeordnet sind.
6. Doppelwandiger Gusskörper (1) nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass sich die am Außenumfang umlaufenden Verstärkungsrippen (4) jeweils mit den inneren Rippen (12) abwechseln.
7. Doppelwandiger Gusskörper (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass er einteilig hergestellt ist.
8. Doppelwandiger Gusskörper (1) nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die äußere Mantelfläche (3') an gegenüberliegenden Seiten des
Gusskörpers (1) über seine Länge für die Entsorgung des Gusskernes unterbrochen ist, um anschließend durch eine Abdeckung (8, 8') verschlossen zu werden.
9. Doppelwandiger Gusskörper (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass er aus Aluminiumguss besteht.
10. Doppelwandiger Gusskörper nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass er als Zylindermantel ausgebildet ist, der an beiden Enden durch Deckel verschlossen ist.
11. Doppelwandiger Gusskörper nach einem der vorangehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, dass er topfförmig ausgebildet ist und einen integrierten Boden (2) besitzt und an seinem offenen Ende durch einen Deckel verschlossen ist.
12. Doppelwandiger Gusskörper nach Anspruch 11 , dadurch gekennzeichnet, dass er in seinem Boden (2) zur verbesserten Wärmeabstrahlung ebenfalls mit Rippen (10) versehen ist.
EP10798259A 2009-12-04 2010-12-03 Doppelwandiger gusskörper für eine flüssigkeitsgekühlte elektrische maschine Withdrawn EP2507897A2 (de)

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Application Number Priority Date Filing Date Title
DE102009057053 2009-12-04
PCT/EP2010/007349 WO2011066981A2 (de) 2009-12-04 2010-12-03 Doppelwandiger gusskörper für eine flüssigkeitsgekühlte elektrische maschine

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EP2507897A2 true EP2507897A2 (de) 2012-10-10

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ID=43500021

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Application Number Title Priority Date Filing Date
EP10798259A Withdrawn EP2507897A2 (de) 2009-12-04 2010-12-03 Doppelwandiger gusskörper für eine flüssigkeitsgekühlte elektrische maschine

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WO (1) WO2011066981A2 (de)

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