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Die
Erfindung betrifft ein Gehäuse
einer elektrischen Maschine mit einer Gehäusewand, die eine innere Oberfläche aufweist
und innerhalb welcher Gehäusewand
mindestens zwei Kühlkanäle verlaufen.
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Ein
derartiges, insbesondere für
eine Flüssigkeitskühlung der
elektrischen Maschine ausgelegtes Gehäuse kommt beispielsweise als
Strangpressprofil-Bauteil zum Einsatz. Die elektrische Maschine kann
als Elektromotor oder auch als elektrischer Generator ausgebildet
sein. Die Kühlkanäle verlaufen im
Wesentlichen in axialer Richtung, d.h. in Richtung einer Drehachse
eines innerhalb des Gehäuses drehbar
gelagerten Läufers.
Die Umlenkung der während
des Betriebs innerhalb der Kühlkanäle geführten Kühlflüssigkeit
erfolgt an beiden axialen Enden des Gehäuses in einem Lagerschild,
in einem Zwischenflansch oder mittels einer Umlenkplatte. Zur umlenkenden
Führung
der Kühlflüssigkeit
werden dabei eingegossene oder nachträglich gebohrte Kanäle oder
Rohre in dem insbesondere als Gussteil ausgeführten Lagerschild oder Zwischenflansch
eingesetzt.
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Bei
dieser Realisierung erfolgt die Abdichtung zwischen dem Gehäuse einerseits
und dem Lagerschild, dem Zwischenflansch oder der Umlenkplatte andererseits üblicherweise
durch Flächendichtungsmittel.
Diese Form der Abdichtung erfordert bei der Herstellung einen erheblichen
Aufwand und führt bisweilen
dennoch nicht zu zufriedenstellenden Resultaten.
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In
der
DE 42 29 395 C2 wird
das Gehäuse
einer elektrischen Maschine mit einer Gehäusewand, die eine innere Oberfläche aufweist
und innerhalb welcher Gehäusewand
mindestens zwei Kühlkanäle verlaufen,
beschrieben, wobei zwischen zwei der Kühlkanäle ein verbindender Umlenkkanal
und weiterhin ein Innendichtring vorgesehen ist.
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Aus
der
DE 299 04 809
U1 ist das Gehäuse einer
elektrischen Maschine mit mindestens zwei Kühlkanälen und einer Innendichtung
bekannt, wobei die Innendichtung nicht an der inneren Oberfläche anliegt.
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Die
Aufgabe der Erfindung besteht darin, ein Gehäuse der eingangs bezeichneten
Art anzugeben, das eine effiziente und aufwandsarme Umlenkung für das Kühlmittel
umfasst.
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Diese
Aufgabe wird gelöst
durch die Merkmale des unabhängigen
Patentanspruchs 1. Bei dem eingangs bezeichneten Gehäuse handelt
es sich um ein solches, bei dem
- a) zwischen
zwei der Kühlkanäle ein verbindender Umlenkkanal
vorgesehen ist,
- b) ein an der inneren Oberfläche
anliegender Innendichtring vorgesehen ist, und
- c) im Bereich des Innendichtrings an der inneren Oberfläche mindestens
eine Gehäuseausnehmung,
die zusammen mit dem Innendichtring den Umlenkkanal bildet, in der
Gehäusewand
vorgesehen ist.
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Die
erfindungsgemäß vorgesehene
Umlenkung erübrigt
aufwändige,
konstruktive Maßnahmen oder
Nachbearbeitungsmaßnahmen
an einem Lagerschild oder an einem Zwischenflansch. Ebenso kann
auf eine gesonderte Umlenkplatte komplett verzichtet werden. Darüber hinaus
entfallen die beim Stand der Technik unter dem Gesichtspunkt der
Prozesssicherheit nur unter erheblichem Aufwand zu realisierenden
Flächendichtungsmittel.
Demgegenüber
kommt bei dem erfindungsgemäßen Gehäuse, insbesondere
zumindest an einem seitlichen axialen Ende, ein einfacher Innendichtring
zum Einsatz, der in Verbindung mit einer ebenfalls einfach herzustellenden
Ausnehmung in der Gehäusewand
den Umlenkkanal bildet. Dadurch sinkt der fertigungstechnische Aufwand
erheblich. Gleichzeitig ist die erwünschte Funktion der Umlenkung
durch diese einfachen Mittel dennoch gewährleistet. Insbesondere lässt sich
auch die Abdichtung erheblich einfacher und mit einer höheren Prozesssicherheit
realisieren.
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Vorteilhafte
Ausgestaltungen des erfindungsgemäßen Gehäuses ergeben sich aus den Merkmalen
der von Anspruch 1 abhängigen
Ansprüche.
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Günstig ist
eine Variante, bei der die Gehäuseausnehmung,
mittels der der Umlenkkanal gebildet ist, so groß ist, dass sie die beiden
zu verbindenden Kühlkanäle erfasst.
Die Gehäu seausnehmung
kann dabei als Einfräsung
in die Gehäusewand
an der inneren Oberfläche über einen
gewissen Bereich in Umfangsrichtung ausgeführt sein. Die Abmessungen in
Umfangsrichtung und in radialer Richtung, das heißt im Wesentlichen
in Richtung der Dicke der Gehäusewand,
sind so bestimmt, dass die beiden innerhalb der Gehäusewand
verlaufenden Kühlkanäle aufgrund
der Gehäuseausnehmung
jeweils eine zusätzliche Öffnung aufweisen.
Eine derartige Gehäuseausnehmung
in Form einer Einfräsung
lässt sich sehr
leicht nachträglich
in das Gehäuse,
das insbesondere als Strangpressprofil ausgebildet ist, einbringen.
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Weiterhin
kann auch der Innendichtring eine Ringausnehmung aufweisen, die
ebenfalls zur Bildung des Umlenkkanals beiträgt. Insbesondere wird der Umlenkkanal
dann mittels zweier, vorzugsweise bohrlochartiger Gehäuseausnehmungen,
die jeweils einen der beiden zu verbindenden Kühlkanäle erfasst, und der Ringausnehmung
gebildet. Sowohl die Gehäuseausnehmungen
zur Öffnung
der beiden Kühlkanäle als auch
die insbesondere wiederum als Einfräsung ausgebildete Ringausnehmung
lassen sich einfach und nachträglich
herstellen.
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Gemäß einer
anderen Variante liegt der Innendichtring formschlüssig an
der Gehäusewand
an. Er ist beispielsweise eingepresst, eingeschrumpft oder auch
eingeklebt. Auch diese Maßnahmen
verursachen keinen großen
fertigungstechnischen Aufwand.
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Vorzugsweise
ist der Innendichtring als Flachring oder als Ring mit L-förmigem Profil
ausgebildet. Bei beiden Ausgestaltungen handelt es sich um Standardformen
für einen
Ring, die somit leicht zu beschaffen oder herzustellen sind.
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Vorzugsweise
sind zwischen dem Innendichtring und der Gehäusewand auf beiden axialen
Seiten der Gehäuseausnehmung
jeweils Dichtungsmittel, insbesondere in Form eines O-Rings, vorgesehen.
Ein derartiger O-Ring ist ein gängiges
Dichtungs mittel und in seiner Montage und Handhabung deutlich einfacher
als ein Flächendichtungsmittel.
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Bei
einer Ausgestaltung, bei der der Innendichtring ein L-förmiges Profil mit zwei Schenkeln aufweist,
sind vorzugsweise in jedem der beiden Schenkel Dichtungsmittel,
wiederum insbesondere in Form eines O-Rings, zur Abdichtung gegenüber der Gehäusewand
vorgesehen. Auch bei dieser Ausgestaltung ergeben sich die vorstehend
beschriebenen Vorteile aufgrund des möglichen Einsatzes der Standard-O-Ringe.
Außerdem
ermöglicht
das L-förmige Profil
einen Abschluss und vorzugsweise auch eine Abdichtung der Kühlkanäle und des
Umlenkkanals in radialer und axialer Richtung.
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Günstig ist
weiterhin eine Variante, bei der innerhalb der Gehäusewand
ein Wicklungssystem mit mindestens einem Wicklungskopf angeordnet
ist und der Innendichtring im Wesentlichen im Bereich des Wicklungskopfs
angeordnet ist. Durch diese vorteilhafte Maßnahme wird eine Umlenkung
erreicht, ohne dass dadurch die (Außen-)Abmessungen der elektrischen
Maschine, insbesondere in axialer Richtung, vergrößert werden
müssten,
wie dies beispielsweise beim Stand der Technik, der zur Umlenkung
einen zusätzlichen
Zwischenflansch oder eine zusätzliche Umlenkplatte
vorsieht, der Fall ist. Das Kantenmaß wird eingehalten. Eine Erhöhung der
Baulänge
in axialer Richtung ist nicht erforderlich.
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Weitere
Merkmale, Vorteile und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus
der nachfolgenden Beschreibung von drei Ausführungsbeispielen anhand der
Zeichnung. Es zeigt:
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1 ein
erstes Ausführungsbeispiel
eines Gehäuses
mit einem mittels eines Flachrings ausgebildeten Umlenkkanal in
Querschnittsdarstellung
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2 das
Gehäuse
gemäß 1 in
perspektivischer Darstellung,
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3 ein
zweites Ausführungsbeispiel
eines Gehäuses
mit einem mittels eines Flachrings ausgebildeten Umlenkkanal in
perspektivischer Darstellung,
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4 ein
drittes Ausführungsbeispiel
eines Gehäuses
mit einem mittels eines L-förmigen
Rings ausgebildeten Umlenkkanal in Querschnittsdarstellung und
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5 das
Gehäuse
gemäß 4 in
perspektivischer Darstellung.
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Einander
entsprechende Teile sind in den 1 bis 5 mit
denselben Bezugszeichen versehen.
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In 1 ist
eine elektrische Maschine 1 in Gestalt eines Elektromotors
mit einem ersten Ausführungsbeispiel
eines Gehäuses 2 im
Querschnitt dargestellt. Das als Strangpressprofil ausgebildete Gehäuse 2 hat
eine Gehäusewand 3 mit
einer inneren Oberfläche 4,
die einen hohlzylindrischen Innenraum 5 umgibt. Im hohlzylindrischen
Innenraum 5 ist ein im Gehäuse 2 fest verankerter
Ständer 6 und
ein um eine Drehachse 7 drehbar gelagerter Läufer 8 angeordnet.
Der Ständer 6 umfasst
ein Ständer-Blechpaket 9,
innerhalb dessen elektrische Leiter eines Wicklungssystems 10 verlaufen.
In axialer Richtung, das heißt
in Richtung der Drehachse 7, weist das Wicklungssystem 10 zu
beiden Seiten des Ständer-Blechpakets 9 jeweils
einen Wicklungskopf 11 und 12 auf. Das Gehäuse 2 ist
in axialer Richtung auf beiden Seiten offen. Als Abschluss ist an
diesen offenen Seiten jeweils ein Lagerschild 13 und 14 vorgesehen.
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Das
Gehäuse 2 umfasst
mehrere Kühlkanäle 15,
von denen in der Schnittdarstellung gemäß 1 nur einer
wiedergegeben ist. Die Kühlkanäle 15 verlaufen
in axialer Richtung im Wesentlichen parallel zur Drehachse 7.
Je nach Ausführungsform
können sie
in Umfangsrichtung gleichmäßig oder
gruppiert angeordnet sein. Im in 1 und 2 gezeigten Ausführungsbeispiel
ist ihre Verteilung in Umfangsrichtung ungleichmäßig. In den Kühlkanälen 15 fließt während des
Betriebs der elektrischen Maschine 1 zur Kühlung eine
Flüssigkeit.
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Um
diese Kühlflüssigkeit
durch alle Kühlkanäle 15 zu
leiten, ist auf der dem rechten Lagerschild 13 zugewandten
Seite zwischen jeweils zwei benachbarten Kühlkanälen 15 ein Umlenkkanal 16 vorgesehen.
Auf der Seite des linken Lagerschilds 14 erfolgt die Umlenkung
dagegen mittels im Lagerschild 14 vorgesehener, nicht näher gezeigter
Taschen. Der Umlenkkanal 16 ist mittels einer Gehäuseausnehmung 17 und
einem verschließenden
Innendichtring 18 gebildet. Die Gehäuseausnehmung 17 ist
beispielsweise eine einfache Einfräsung in die Gehäusewand 3 an
der inneren Oberfläche 4.
Ihre Tiefe ist so groß,
dass sie ausgehend von der inneren Oberfläche 4 bis zu den beiden
zu verbindenden Kühlkanälen 15 reicht.
Der Innendichtring 18 ist im Ausführungsbeispiel von 1 als
Flachring ausgebildet und bedeckt die Gehäuseausnehmung 17 vollständig. Er
ist mit der inneren Oberfläche 4 formschlüssig verbunden.
Im Ausführungsbeispiel
ist er eingeschrumpft. Außerdem
ist in axialer Richtung auf beiden Seiten der Gehäuseausnehmung 17 zwischen dem
Innendichtring 18 und der Gehäusewand 3 jeweils
ein O-Ring 19 und 20 zur Abdichtung gegenüber einem
Flüssigkeitaustritt
in den hohlzylindrischen Innenraum 5 vorgesehen. Diese
Abdichtung wirkt also primär
in radiale Richtung.
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Auch
an der Verbindungsstelle zwischen dem Gehäuse 2 und den seitlich
angrenzenden Lagerschilden 13 und 14 sind Dichtungselemente 21 und 22 vorgesehen.
Beispielhaft sind im Ausführungsbeispiel
von 1 das linke und das rechte Lagerschild 13 bzw. 14 jeweils
in unterschiedlicher Weise gegenüber
einem Flüssigkeitsaustritt
aus den Kühlkanälen 15 ausgebildet.
Die jeweilige Ausführung
dieser in erster Linie axial wirkenden Abdichtungen kann je nach
Bedarf gewählt
werden, beispielsweise auch als Flachdichtung. Insbesondere die Dichtungselemente 21 und 22 sind
an die Querschnittsfläche
der Kühlkanäle 15 angepasst
und somit vorzugsweise relativ klein sowie kreisrund ausgeführt.
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Die
Ausgestaltung des Umlenkkanals 16 mittels der Gehäuseausnehmung 17 und
dem Innendichtring 18 ist besonders einfach und dennoch
sehr wirkungsvoll. Sie lässt
sich mit verhältnismäßig geringem
technischen Aufwand realisieren und bietet trotzdem eine hohe Prozesssicherheit.
Günstig
ist außerdem,
dass der Umlenkkanal 16 im Bereich des ohnehin vorhandenen
Wickelkopfs 12 angeordnet ist, so dass aufgrund des Umlenkkanals 16 keine
Erhöhung
der Abmessung in axialer Richtung erforderlich ist. Bei dieser günstigen
Ausführungsform
des Umlenkkanals 16 bleiben also die Außenabmessungen der elektrischen
Maschine 1 völlig
unverändert.
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In 2 ist
das Gehäuse 2 perspektivisch wiedergegeben.
Der flache Innendichtring 18 ist an einer Stelle aufgeschnitten
dargestellt, um die darunter liegenden Umlenkkanäle 16 mit den Gehäuseausnehmungen 17 zur
Verbindung von jeweils zwei benachbarten Kühlkanälen 15 sichtbar zu
machen. In Umfangsrichtung benachbarte Umlenkkanäle 16 sind jeweils
durch einen Trennsteg 24 voneinander getrennt.
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In 3 ist
ein weiteres Ausführungsbeispiel eines
Gehäuses 25 gezeigt,
das ebenfalls als Strangpressprofil ausgestaltet ist und in seiner
Gehäusewand 3 mehrere
axial verlaufende, in Umfangsrichtung verteilt angeordnete Kühlkanäle 15 umfasst. Das
Gehäuse 25 ist
zumindest an der gezeigten einen, offenen Seite mit einem wiederum
als Flachring ausgeführten
Innendichtring 26 versehen, mittels dessen Umlenkkanäle 27 zwischen
jeweils zwei der benachbarten Kühlkanäle 15 gebildet
sind. Im Unterschied zum Ausführungsbeispiel
gemäß den 1 und 2 sind
Gehäuseausnehmungen 28 in
Form von Bohrlöchern,
die sich jeweils von der inneren Oberfläche 4 bis zu einem
der Kühlkanäle 15 erstrecken,
vorgesehen. Außerdem
enthält
der Innendichtring 26 auf seiner der inneren Oberfläche 4 zugewandten
Seite Ringausnehmungen 29, die beispielsweise in den Innendichtring 26 eingefräst sind.
Die Umlenkkanäle 27 sind
bei diesem zweiten Ausführungsbeispiel
also jeweils mittels zweier bohrlochartiger Gehäuseausnehmungen 28 und
einer eingefrästen
Ringausnehmung 29 gebildet. Die Abdichtung erfolgt analog
zum ersten Ausführungsbeispiel.
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In
den 4 und 5 ist ein drittes Ausführungsbeispiel
eines stranggepressten Gehäuses 30 mit
einem L-förmigen
Innendichtring 31 zur Bildung von Umlenkkanälen 32 dargestellt.
Das Gehäuse 30 ist
Teil einer elektrischen Maschine 33, die ebenfalls als
Elektromotor ausgeführt
ist.
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Die
Umlenkkanäle 32 umfassen
bei diesem dritten Ausführungsbeispiel
Gehäuseausnehmungen 34,
die an der inneren Oberfläche 4 an
einem seitlichen Randbereich 35 der Gehäusewand 3 eingefräst sind.
Als von den jeweiligen Einfräsungen
nicht abgetragene Bestandteile der Gehäusewand 3 befinden sich
Trennstege 36 zwischen den einzelnen Umlenkkanälen 32.
Mittels der beiden Schenkel des L-förmigen Innendichtrings 31 erfolgt
ein Verschluss der Umlenkkanäle 32 sowohl
in radialer als auch in axialer Richtung sowie der Kühlkanäle 15 in
axialer Richtung. Zur Abdichtung ist zwischen jedem der beiden Schenkel
und der Gehäusewand 3 jeweils
ein O-Ring 37 bzw. 38 vorgesehen. Der L-förmige Innendichtring 31 wirkt
also radial und axial verschließend
und abdichtend. Dadurch können
die ansonsten zur axialen Abdichtung der Kühlkanäle 15 im Lagerschild 13 erforderlichen
Dichtungsmittel beim dritten Ausführungsbeispiel entfallen. Grundsätzlich ist
auch beim dritten Ausführungsbeispiel
eine Ausgestaltung mit Ringausnehmungen am Innendichtring 31,
vergleichbar denen des zweiten Ausführungsbeispiels gemäß 3,
denkbar.