DE10115186A1

DE10115186A1 - Gekühltes Primärteil oder Sekundärteil eines Elektromotors

Info

Publication number: DE10115186A1
Application number: DE10115186A
Authority: DE
Inventors: Ingolf Groening; Thomas Schelbert; Michael Heider; Bernd Schnurr
Original assignee: Rexroth Indramat GmbH
Current assignee: Rexroth Indramat GmbH
Priority date: 2001-03-27
Filing date: 2001-03-27
Publication date: 2002-10-24
Also published as: WO2002078150A3; WO2002078150A2; JP4167902B2; EP1374369A2; US20040135441A1; JP2004522395A; US6975051B2

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Primärteil 1 oder Sekundärteil 31 eines Elektromotors 2, mit einem Kern 3 aus einem magnetisch leitfähigen Material, welches Nuten 4 für die Wicklungen 5 bildet, wobei in die Nuten 4 unter den Wicklungen 5 zumindest ein Kühlrohr 6 eingesetzt ist, welches von einem Kühlfluid 7 durchströmbar ist. Um zu gewährleisten, dass ein solches Primärteil 1 oder Sekundärteil 31 vergleichsweise einfach herzustellen und zu montieren ist und gegenüber dem Stand der Technik eine erhöhte Kühlleistung bzw. einen erhöhten Kühlwirkungsgrad aufweist, wird vorgeschlagen, dass der effektive Nutquerschnitt eine zumindest lokale Halteverengung 10, 11 bezüglich des Kühlrohrs 6 aufweist, so dass dieses durch die Halteverengung 10, 11 in seinem Sitz in einem Aufnahmebereich 12 der Nut 4 fixiert ist, wobei der Nutquerschnitt im Aufnahmebereich 12 eine derart mit der Außenkontur 14 des Kühlrohrs 6 korrespondierende Kontur 13 aufweist, dass das Kühlrohr 6 einen sich im Wesentlichen über seine Länge erstreckenden, bezüglich seines Außenumfanges 17 zumindest lokalen Flächenkontakt 18 mit der Innenwandung 19 des Aufnahmebereichs 12 hat.

Description

Die Erfindung betrifft ein Primärteil oder Sekundärteil nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1, ein Verfahren zur Herstellung eines solchen Primärteils oder Sekundär teils sowie einen Formstempel für die Durchführung des genannten Verfahrens.

Bei Synchronmotoren handelt es sich um das Primärteil mit den Wicklungen, bei Asynchronmotoren kann sowohl das Primärteil als auch das Sekundärteil gekühlt sein. Die Erfindung betrifft auch Rotationsmotoren, vorzugsweise aber Linearmotoren.

Bei einem solchen Motor sind Nuten vorhanden, in die die Wicklung für die Spulen eingebracht sind. In Betracht kommen dabei alle Arten von Wicklungen, wie z. B. Pol wicklungen oder Wicklungen zur Erzeugung eines Wanderfeldes.

Beim Durchfluss des Stroms durch die betreffenden Wicklungen entsteht Wärme, die - abhängig von der Leistung des Elektromotors - durch geeignete Kühlungsmaßnahmen abgeführt werden muss. Bei den erfindungsgegenständlichen Elektromotoren wird die Wärme mittels Kühlrohren abgeführt, welche in die Nuten unter den Wicklungen einge setzt sind.

Hierzu ist es bekannt, in die Nuten - durch die Nutöffnung hindurch - vor Einbringung der Wicklungen ein Kühlrohr einzulegen. Dabei ist das Kühlrohr in Abhängigkeit von dem Nutquerschnitt derart dimensioniert, dass es einfach in die Nut eingelegt werden kann und am Nutgrund zu liegen kommt.

Der Kern des Primärteils oder Sekundärteils besteht dabei aus einem magnetisch leit fähigen Material, beispielsweise aus geschichteten Blechen oder aus einem Vollma terial, in welches die entsprechenden Nuten eingebracht sind. Bei geschichteten Blechen werden diese einzeln gestanzt und dann zu einem Blechpaket zusammengefügt, wobei die Nuten gebildet werden. Bei einem Vollmaterial können die Nuten beispielsweise herausgefräst werden.

Dadurch, dass die Kühlrohre in die Nuten eingelegt werden, ist die Geometrie von Nut und Kühlrohr derart vorbestimmt, dass die Kühlrohre in ihrer Montageposition am Nut grund bezüglich der Nutwandung mit einer Zwischenluft angeordnet sind. Die darüber liegenden Wicklungen können aufgrund der undefinierten Lage der Kühlrohre diese nur linienförmig und nicht ununterbrochen kontaktieren. Dadurch ist insgesamt die Kühl leistung bzw. der Kühlwirkungsgrad vergleichsweise schlecht.

Es ist daher Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein vergleichsweise einfach herzu stellendes und zu montierendes Primärteil oder Sekundärteil der eingangs genannten Art anzugeben, welches gegenüber dem Stand der Technik eine erhöhte Kühlleistung bzw. einen erhöhten Kühlwirkungsgrad aufweist.

Diese Aufgabe wird gelöst durch die Merkmale des Anspruchs 1.

Die Erfindung bietet den Vorteil einer erhöhten Kühlleistung/eines erhöhten Kühl wirkungsgrades bei einfacher Fertigung und Montage eines Primärteils oder Sekundär teils.

Dieser Vorteil wird dadurch erreicht, dass durch eine zumindest lokale Halteverengung des effektiven Nutquerschnitts bezüglich des einzulegenden Kühlrohrs das Kühlrohr in seinem Sitz in einem Aufnahmebereich der Nut fixiert ist. Dabei weist der Nutquer schnitt im Aufnahmebereich eine mit der Außenkontur des Kühlrohrs - in Umfangs richtung gesehen - zumindest lokal mit der Außenkontur des Kühlrohrs korrespon dierende Kontur auf. Diese korrespondierenden Konturen erstrecken sich im wesent lichen über die Länge des Kühlrohrs, d. h. über diejenige Länge des Kühlrohrs, über die das Kühlrohr in eine entsprechende Nut eingelegt ist. Dadurch ist über die genannte Längenerstreckung gesehen ein umfangsmäßig zumindest lokaler Flächenkontakt mit der Innenwandung des Aufnahmebereichs gegeben.

Das Kühlrohr nimmt eine vorbestimmte, definierte Lage im Aufnahmebereich der Nut ein, in welcher der genannte Flächenkontakt vorliegt. Dadurch wird einerseits der Wärmeübergangswiderstand zwischen dem zu kühlenden, magnetisch leitfähigen Material und der Rohrwandung des Kühlrohrs verringert. Der Luftspalt zwischen der Außenwandung des Kühlrohrs und der Innenwandung des Aufnahmebereichs ist wesentlich reduziert bis gänzlich vermieden. Im Gegensatz zum Stand der Technik liegt ein Flächenkontakt vor; liegt nämlich - wie im Stand der Technik - das Kühlrohr relativ lose im Aufnahmebereich, so ist es praktisch allseitig bezüglich seines Umfangs von einem Luftspalt umgeben, der eine starke Barriere für eine Wärmeleitung bildet.

Demgegenüber ist bei dem Flächenkontakt gemäß der Erfindung eine wesentlich bessere Ankopplung bezüglich der Wärmeleitung gegeben. Damit ist schon die Kühl leistung bzw. ist schon der Kühlwirkungsgrad wesentlich erhöht. Wegen des durch die Nutgeometrie exakt definierten Sitzes des Kühlrohrs kann, z. B. durch Verwendung von Leitungen mit größerem Leitungsquerschnitt, ein höherer Kupferfüllfaktor realisiert werden.

Hinzu kommt, dass das Kühlrohr in einer definierten Lage in dem Aufnahmebereich liegt, so dass die Wicklungen derart eingebracht werden können, das auch ein vorzugs weise großflächiger Kontakt zwischen der Unterseite der Kühlwicklungen und der Oberseite des eingelegten Kühlrohrs besteht. Hierauf wird später noch näher einge gangen.

Zur Herstellung des zumindest lokalen Flächenkontaktes korrespondiert die Form der Außenwandung des Kühlrohrs mit derjenigen der Wandung des Aufnahmebereichs. Dies bedeutet, dass die beteiligten Krümmungen - über den Umfang des Kühlrohrs gesehen - sich lokal entsprechen, so dass eine zumindest lokale, flächige Anlage resultiert. Um über die Länge des Kühlrohrs gesehen eine gleichmäßige Wärmeabfuhr zu gewährleisten, erstreckt sich der Flächenkontakt umfangsmäßig bzw. die Flächenkontaktzone umfangsmäßig praktisch über die Länge des Kühlrohrs, mit der das Kühlrohr in die Nut eingelegt ist. Dadurch wird das Entstehen von "Hot Spots" vermie den und eine homogene Kühlung erreicht.

Die Erfindung hat erkannt, dass eine solche definierte Wärmeabfuhr über eine definierte Position des Kühlrohrs im Aufnahmebereich erfolgen kann. Dadurch ist für jeden Ab schnitt des Kühlrohrs/der Kühlrohre - auch über mehrere Nuten gesehen - eine homogene Wärmeableitung gewährleistet, wohingegen im Stand der Technik eine weitgehend undefinierte Lage des Kühlrohrs entsteht, so dass beispielsweise - je nach zufälliger Anordnung der Kühlrohre - zwischen benachbarten Nuten Wärmenester entstehen können, wohingegen andere Bereiche stärker gekühlt sind. Durch diese Inhomogenitäten müssen im Stand der Technik die Kühlrohre vergleichsweise groß dimensioniert werden, um auch unter den nicht vorhersagbaren Endlagen der Kühlrohre in den Aufnahmebereichen eine stets ausreichende Kühlung gewährleisten zu können. Durch die Erfindung ist dieses Problem komplett entfallen. Dadurch kann mit der Erfindung auch der Kühlstrom bzw. können auch die Kühlrohre kleiner dimensioniert werden, wobei trotzdem eine gleichmäßige und vor allem ausreichende Kühlung gewährleistet werden kann. Die resultierende Kühlung kann zudem mit der Erfindung wesentlich genauer und einfacher berechnet/vorausberechnet werden. Nach oben Gesagtem ist im Stand der Technik stets eine Unsicherheit bei der Auslegung gegeben. Diese Unsicherheit entfällt hier, da mit der klar definierten Lage der Kühlrohre auch deren Kühlungswirkungsgrad unmittelbar gegeben ist. Die Dimensionierung kann also auch wesentlich effizienter, genauer und einfacher erfolgen.

Die Halteverengung kann dabei lediglich lokal sein und sich beispielsweise nur über einen bestimmten Abschnitt in Nuttiefenrichtung erstrecken, der beim Einsetzen bei spielsweise unter einer aufzubringenden Einpresskraft passiert werden kann, so dass das Kühlrohr praktisch einrastet. Auch hierauf wird später noch näher eingegangen. Die Halteverengung kann sich aber auch praktisch über einen Großteil bzw. die ganze Nut tiefe erstrecken. Dann hat die Nut über einen Großteil bzw. über ihre gesamte Nuttiefe eine geringfügig geringere Weite als der entsprechende Außendurchmesser des Kühl rohrs beträgt. Dadurch sitzt das Kühlrohr mit einer quasi Presspassung im Aufnahmebereich und ist unter der Einpresskraft durch die Halteverengung bis in seinen Sitz in der Montagelage einzuschieben. Auch dadurch ist bereits der erfindungsgemäße Vorteil realisiert, dass das Kühlrohr in einem definierten Sitz im Aufnahmebereich an geordnet ist und den für die Wärmeleitung erforderlichen Flächenkontakt hat.

Bevorzugte Ausgestaltungen der vorliegenden Erfindung sind in den Unteransprüchen beschrieben.

Da das Kühlrohr in seinem Sitz im Aufnahmebereich fixiert ist und einen lokalen Flächenkontakt zur Wandung des Aufnahmebereichs aufweist, ist ein gewisser Reib schluss zwischen Kühlrohr und Aufnahmebereich gegeben. Um daher die Kraft, die nötig ist, um das Kühlrohr in den Aufnahmebereich einzusetzen, zu minimieren, wird vorgeschlagen, dass das Kühlrohr die lokale Halteverengung beim Einsetzen unter der Einpresskraft passieren kann. Dadurch kann das Kühlrohr ohne weiteres durch die Nut öffnung von oben in Nuttiefenrichtung in seinen Aufnahmebereich eingesetzt werden, wobei die zu überwindende Reibungskraft relativ klein ist; die Reibungskraft ist näm lich nur im Bereich der Halteverengung, also vorzugsweise lediglich lokal - in Nut tiefenrichtung gesehen - zu überwinden. Dadurch wird eine vergleichsweise kleine Strecke erreicht, über die unter Überwindung der Reibungskraft das Kühlrohr einge drückt bzw. eingepresst werden muss.

Es wird vorgeschlagen, dass das Kühlrohr seitlich, d. h. in Nutlängsrichtung, in den Aufnahmebereich einzusetzen ist. Wesentlich für die Erfindung ist, dass das Kühlrohr fixiert ist und den geforderten Flächenkontakt aufweist. Es kann somit, unter Wahrung der oben genannten Vorteile, ohne weiteres auch seitlich eingeschoben werden. Das hat den Vorteil, dass die Halteverengung auch kleiner sein kann als der Außendurchmesser des Kühlrohrs, so dass das Kühlrohr diese nicht passieren können muss. Dadurch ist eine entsprechende Flexibilität bei der Dimensionierung der Halteverengung bzw. des Nutquerschnitts gegeben.

Es reicht allerdings bereits aus, wenn lediglich oberhalb des Aufnahmebereichs eine lokale Halteverengung vorgesehen ist. Die Halteverengung ist dann lediglich lokal und kann vorzugsweise in Nuttiefenrichtung von dem Kühlrohr passiert werden. Auch das hat einen Vorteil bezüglich des Freiheitsgrades der Dimensionierung der Nutgeometrie: die Nutbreite kann gleich groß wie oder größer als der maßgebliche Querschnitt des Kühlrohrs sein, so dass beispielsweise mehr Raum für die Wicklungen vorgesehen werden kann.

Die Halteverengung kann als Haltevorsprung ausgebildet sein. Dann ist bevorzugt, dass das Kühlrohr in seinem Sitz quasi verrastet und durch den Haltevorsprung gehalten/- fixiert/angedrückt ist, so dass der Flächenkontakt gewährleistet wird. Dabei kann der Haltevorsprung durch jeweils einen Haltesteg und/oder eine oder mehrere Haltenase (n) einer oder beider Nutwandung(en) gebildet sein. Vorzugsweise sind sich gegenüber liegende Haltestege der Nutwandungen vorgesehen, welche eine Verrastung für das Kühlrohr bilden. Die genannten Ausgestaltungen besitzen den Vorteil, dass die Nut weite größer sein kann als der effektive Nutquerschnitt im Bereich der Haltevor sprünge/Haltestege, so dass das Kühlrohr sehr leicht bis zu den Haltevorsprüngen in die Nut eingelegt werden kann und lediglich zur Überwindung der Rastkraft eine größere Andruck-/Einpresskraft aufgebracht werden muss.

Dabei kann das Kühlrohr in seinem Sitz im Aufnahmebereich durch die Halteverengung bezüglich seines Außenumfangs zumindest lokal an die Innenwandung des Aufnahme bereichs angedrückt sein. Dann ist beispielsweise eine Verrastung vorgesehen, die das Kühlrohr in seinem Sitz an die betreffenden Zonen der Wandung des Aufnahmebereichs andrückt. Gleichzeitig sitzt aber das Kühlrohr formschlüssig fest gehaltert in seinem Sitz.

Um eine lokale Beschädigung oder Verformung des Kühlrohrs in seinem Sitz zu ver meiden, wird vorgeschlagen, dass das Kühlrohr in seinem Sitz im Aufnahmebereich an der Unterseite der Halteverengung anliegt und dass die Halteverengung dort eine mit dem Anlageteil des Außenumfangs des Kühlrohrs korrespondierende Kontur hat. Dann wird einerseits das Kühlrohr formschlüssig gehaltert und in seinem Sitz an die Wan dung des Aufnahmebereichs angedrückt aber andererseits gewährleistet, dass praktisch keine Zonen erhöhter Beanspruchung im Bereich der Anlage an der Halteverengung entstehen. Außerdem wird dadurch der Flächenkontakt noch vergrößert, nämlich um den betreffenden Anlageteil der Haltverengung/des Kühlrohrs.

Um insgesamt eine effektive Wärmeableitung zu gewährleisten, wird vorgeschlagen, dass dem Kühlrohr an seiner Oberseite eine Oberflächenform aufgeprägt ist, welche eine praktisch flächige Auflage für die darüber liegenden Wicklungen bildet. Die Ober flächenform kann vor Einsetzen des Kühlrohrs aufgeprägt werden. Bevorzugt wird jedoch das Kühlrohr beim Einsetzvorgang bzw. zum Abschluss des Einsetzvorgangs in der entsprechenden Weise verformt. Hierauf wird später noch näher eingegangen. Dadurch wird eine Verbesserung der Wärmeableitung erzielt, da die Wärmequelle - nämlich die Wicklungen - selber teilweise an dem Kühlrohr anliegen und somit ein direkter Wärmeübertrag zwischen der Wärmequelle und dem Kühlrohr gegeben ist.

Dabei reicht es aus, wenn die Auflage bezüglich der Nutweite lediglich teilflächig ist; bevorzugt ist sie aber über die Nutweite gesehen praktisch vollflächig.

Die Erfindung betrifft auch ein Verfahren zur Herstellung eines Primärteils oder Sekun därteils nach einem der Ansprüche 1 bis 12. Auch dieses Verfahren löst die oben ge stellte Aufgabe und bietet ein einfaches und effektives Herstellungsverfahren für eine solche Vorrichtung. Dabei kann vorgesehen sein, dass das Kühlrohr seitlich, d. h. in Nutlängsrichtung in den Aufnahmebereich eingeschoben wird. Das hat die genannten Vorteile des seitlichen Einschiebens.

Bevorzugt wird vorgeschlagen, dass das Kühlrohr mit einem mit der Nutgeometrie korrespondierenden Formstempel in die Nut eingedrückt wird, wobei die lokale Halte verengung unter Berücksichtigung der Kühlrohrgeometrie und des Kühlrohrmaterials derart ausgebildet ist, dass das Kühlrohr diese unter lediglich elastischer Verformung passieren kann. Der Formstempel korrespondiert mit der Nutgeometrie in der Weise, dass er einerseits in die Nutöffnung einzuführen ist und soweit eingeführt werden kann, dass das Kühlrohr in seinen Sitz verschoben werden kann und ggf. einrastet. Dazu ragt der Formstempel mit einem Stempelfuß in die Nutöffnung so weit wie nötig herein. Die zumindest lokale Halteverengung ist dabei so ausgebildet, dass das Kühlrohr beim Einsetzen lediglich elastisch verformt wird und praktisch keine dauerhaften Verfor mungen nach dem Einsetzen zurückbleiben. Dann ist das Kühlrohr in seinem Sitz völlig unbeschädigt.

Das Kühlrohr bekommt in seinem Sitz im Aufnahmebereich bevorzugt durch plastische Verformungen mit dem Formstempel eine Oberflächenform nach Anspruch 12 aufge prägt. Dadurch entfällt eine entsprechende Verformung des Kühlrohrs vor dem Ein setzen. Verformung und Einsetzen sind dann praktisch lediglich ein Arbeitsschritt, so dass insgesamt der Montageaufwand erheblich reduziert ist. Dadurch wird nämlich ein Teil der Fertigung - nämlich die Anbringung der Aufprägung der Oberflächenform - bei der Montage gleich miterledigt. Hierzu ist der Formstempel derart ausgebildet, dass er an seiner Unterseite im wesentlichen eine bezüglich der Oberflächenform negative Form aufweist.

Um eine Beanspruchung des Formstempels bzw. der - vorzugsweise lediglich lokalen - Halteverengung zu minimieren bzw. auszuschließen, wird vorgeschlagen, dass der Formstempel an seiner Unterseite eine bezüglich der Halteverengung seitlich auswei chende Geometrie aufweist, so dass die Halteverengung bei Einpressen durch den Formstempel nicht berührt/nicht beschädigt wird.

Die Kühlrohre können in Form einer Kühlschlange ausgebildet sein. Der Formstempel kann dabei derart dimensioniert sein, dass er lediglich eine mit der Nutgeometrie be züglich des Einpressvorgangs des Kühlrohrs korrespondierende Eintauchrippe aufweist. Dies ist bei einer Kühlschlange mit einem Kühlrohr aus einem nicht zu spröden Mate rial ohne weiteres praktikabel. Die Kühlschlange wird dann nämlich lediglich - bei Einzeleinpressung der Kühlstrecken - maximal um den Kühlrohrdurchmesser gegenüber benachbarten Kühlstrecken ausgelenkt, welches bei herkömmlichen Kühlschlangen im Bereich der lediglich elastischen Verformung liegt. Dies gilt für den Fall, dass die Kühlstrecke, die zur im Aufnahmebereich befindlichen Kühlstrecke der Kühlschlange benachbart ist, zumindest in die Nut eingelegt ist und an den Haltestegen anliegt.

Es kann aber alternativ auch vorgesehen sein, dass der Formstempel mehrere mit der Nutgeometrie bezüglich des Einpressvorgangs des Kühlrohrs korrespondierende Ein tauchrippen aufweist. Dann ist zum Einpressen/Eindrücken eine geringere Anzahl von Arbeitsschritten erforderlich. Das Einpressen kann in lediglich einem Arbeitsschritt erfolgen, wenn die Anzahl bzw. die Anordnung bzw. die Geometrie der Eintauchrippen der Anzahl bzw. der Anordnung bzw. der Geometrie derjenigen Nuten entspricht, in deren Aufnahmebereichen ein Kühlrohr vorgesehen ist. Dies kann bei einer herkömm lichen Kühlschlange verwendet werden, aber auch bei einer Radiatorform, in der die Kühlstrecken rechtwinklig von einer Hauptkühlleitung in die Nuten abzweigen und somit eine Verformung im Bereich der Abzweigungen vermieden werden muss.

Die Erfindung wird anhand von in den Figuren dargestellten Ausführungsbeispielen näher erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 eine schematische Querschnittszeichnung durch ein Sekundärteil und ein Primärteil eines Linearmotors,

Fig. 2 eine Ausschnittvergrößerung aus Fig. 1,

Fig. 3 eine Detailquerschnittsansicht einer Nut des Primärteils der Fig. 1 und Fig. 2 ohne Kühlrohr und ohne Wicklungen,

Fig. 4 einen Querschnitt durch ein Primärteil, schematisch, während die Kühlrohre/das Kühlrohr im Begriff ist/sind, mit einem Formstempel eingepresst/eingedrückt zu werden,

Fig. 5 eine schematische Querschnittszeichnung durch einen Mehrfach-Formstempel,

Fig. 6 eine schematische Querschnittszeichnung durch einen Einfach-Formstempel.

Soweit im folgenden nichts anderes gesagt ist, beziehen sich alle Bezugszeichen stets auf alle Figuren.

Fig. 1 zeigt schematisch einen Querschnitt durch einen Linearmotor 2 mit einem Primärteil 1 und einem Sekundärteil 31. Das Sekundärteil 31 besteht im wesentlichen aus einem Sekundärteilmagnetträger 33, auf dem benachbart in Längsrichtung und in Querrichtung Permanentmagnete 32 aufgeklebt sind. Diese Permanentmagnete 32 wechselwirken mit den in vorbestimmter Weise stromdurchflossenen Wicklungen 5 des Primärteils 1. Dazu liegen die Wicklungen 5 in Nuten 4, die im Kern 3 vorhanden sind. Unter den Wicklungen 5 liegen in den Nuten 4 jeweils Kühlrohre 6 bzw. liegt ein Kühl rohr 6, welches von einem Kühlfluid 7 durchströmt ist. Das Kühlfluid 7 kann beispiels weise Wasser, Öl oder auch ein Kühlgas sein.

Die Wärme, die durch den Strom in den Wicklungen 5 entsteht, ist - insbesondere bei Linearmotoren, aber auch bei Rotationsmotoren hoher Leistung - so hoch, dass das Primärteil 1 aktiv gekühlt wird.

Die Detailansicht der Fig. 2 zeigt die Ausgestaltung von Nut 4, Wicklung 5 und Kühl rohr 6 im Detail:
Der effektive Nutquerschnitt 8 (siehe hierzu Fig. 3 weiter unten) wird durch eine Halteverengung in Form von zwei sich an gleicher Stelle in einem Halteverengungs bereich 9 in Nuttiefenrichtung 16 gesehen gegenüberliegenden Haltestegen 10, 11 der jeweiligen Nutwandungen 20, 21 gebildet. Die Haltestege 10, 11 setzen sich - hier nicht gezeigt - in Längsrichtung 15 der Nuten 4 ununterbrochen fort. Dadurch entsteht ein bezüglich der Nuten 4 jeweils hinterschnittener Aufnahmebereich 12, in welchem das Kühlrohr 6 sitzt. Es ist durch den Hinterschnitt der Haltestege 10, 11 dort fixiert und zwar unter Berücksichtigung seiner Außenkontur 14 und der Kontur 13 des Nutquer schnitts im Aufnahmebereich 12 derart, dass es einen sich im wesentlichen über seine Länge (in Längsrichtung 15 gesehen) erstreckenden, bezüglich seines Außenumfangs 17 zumindest lokalen Flächenkontakt 18 mit der Innenwandung 19 des Aufnahme bereichs 12 hat (hierzu siehe auch Fig. 3).

Der Flächenkontakt erstreckt sich im Querschnitt praktisch über den gesamten Teil 17 des gezeigten Außenumfangs 17. Der Einfachheit der Darstellung halber wurde hier nur ein Bezugszeichen 17 gewählt. Es ist aber ohne weiteres zu entnehmen, dass einerseits der generelle Außenumfang 17 des Kühlrohrs 6 gemeint ist und andererseits diejenige Umfangszone, über welche der Flächenkontakt gewährleistet ist. Der Flächenkontakt kann auch lediglich über einen Teil des gezeigten Außenumfangs 17 vorhanden sein.

Die Haltestege 10, 11 sind - bezogen auf die Tiefenrichtung 16 - nach vorliegender Definition unterhalb der Wicklungen 5 angeordnet. Sie sind praktisch unter den Wick lungen 5 in der Montagekonfiguration "vergraben". Dadurch sitzt insgesamt das Kühl rohr 6 definiert und vorbestimmt in dem Aufnahmebereich 12. Das Kühlrohr 6 liegt mit den entsprechenden Anlagezonen 23 seines Außenumfangs an der Unterseite der Halte stege 10, 11 an. Die Geometrie und Anordnung der Haltestege 10, 11 ist derart ausge wählt, dass das Kühlrohr in diesem Sitz an die Innenwandung 19 des Aufnahmebereichs 12 angedrückt ist. Dies bedeutet, dass das Kühlrohr 6 unter leichter Pressung in dem hinterschnittenen Aufnahmebereich 12 gehaltert ist. Die Pressung wird durch die ent sprechende Dimensionierung und Anordnung der Haltestege 10, 11 unter Berücksich tigung der Kühlrohrgeometrie und des Kühlrohrmaterials ausgewählt.

In der Anlagezone 23 haben die Haltestege 10, 11 eine mit dem Außenumfang 17 des Kühlrohrs 6 lokal korrespondierende Kontur, so dass der entsprechende Druck ausgeübt wird, ohne das Kühlrohr 6 zu stark zu verformen oder zu beschädigen. Die Haltestege 10, 11 weisen über ihren Tiefenverlauf gesehen eine praktisch abgerundete Kontur auf, so dass auch beim Einpressen/Eindrücken durch diese Engstelle hindurch das Kühlrohr 6 zwar lediglich elastisch verformt, jedoch nicht plastisch verformt, angekratzt oder beschädigt wird. Hierauf wird später noch näher eingegangen.

In Fig. 2 ist deutlich zu erkennen, dass das Kühlrohr 6 an seiner Oberseite 24 eine abgeplattete, praktisch ebene Form aufweist. Diese Form entspricht praktisch einer Abplattung 25 der Oberseite 24 des Kühlrohrs 6 über die Längserstreckung des Kühl rohrs 6 (in Längsrichtung 15 der Nuten 4 gesehen), so dass auch über die Längs erstreckung eine praktisch homogene Anlage gewährleistet ist. An dieser Abplattung 25 der Oberseite 24 des Kühlrohrs 6 liegen nämlich in der Montagekonfiguration die Wicklungen S mit ihrer Unterseite direkt an; dies bedeutet im gezeigten Ausführungs beispiel, dass sie mit ihrer Nutisolation 34 dort anliegen; fehlt eine solche Nutisolation 34, so liegen die Wicklungen dort direkt mit ihrer Leiterisolation an.

Die Nutisolation 34 ist in der Regel so dünn, dass hierdurch die Wärmeleitung allenfalls geringfügig beeinträchtigt wird. Durch die flächige, teilflächige oder vollflächige Anlage wird ein sehr guter Wärmeübergangskontakt und damit ein sehr geringer Wärmeübergangswiderstand zwischen der Abplattung 25 und der Auflage 26 der Wicklungen 5 erreicht.

Die Nutgeometrie ist im einzelnen in Fig. 3 gezeigt. Die eine Nutweite d₂ zuzüglich der Breite eines benachbarten Zahnes entspricht dabei einer Nutteilung τ_n. Die Nut teilung τ_n kann durch die Motorparameter vorgegeben sein, so dass die erfindungs gemäße Nutgeometrie nach Maßgabe der erforderlichen Motorparameter auszulegen ist. Dies bedeutet, dass - bei einer vorgegebenen oder eingeschränkten Nutweite d₂ ein hierauf und auf das Kühlrohr abgestimmter effektiver Nutquerschnitt 8 gegeben sein sollte. Der Durchmesser d₁ des Aufnahmebereichs 12 ist im wesentlichen durch die Forderung der korrespondierenden Anlageflächen von Kühlrohr 6 und Innenwandung 19 des Aufnahmebereichs 12 vorgegeben.

Die Gesamthöhe h_ges setzt sich zusammen aus im wesentlichen der Höhe des Auf nahmebereichs 12 zuzüglich des verbleibenden Anteils der Nuttiefe für die Wicklungen 5.

Beispielhaft ist in Fig. 3 ein Krümmungsradius R_d im Bereich der Haltestege 10, 11 gezeigt; dabei kommt es dabei darauf an, dass diese Haltestege 10, 11 - um ein scho nendes Einpressen des Kühlrohrs 6 zu gewährleisten - im Bereich oberhalb (in der Zeichnung also unterhalb) des höchsten Punkts der Haltestege 10, 11 ausgerundet ist, und im Spitzenbereich der Haltestege 10, 11 abgerundet ist.

Fig. 4 zeigt einen schematischen Querschnitt durch ein Primärteil 1, welches gerade mit dem Kühlrohr 6 bestückt wird. Das Kühlrohr 6 ist in Nuttiefenrichtung 16 gesehen teilweise in die Nut 4 eingesetzt und hat die Haltestege 10, 11 noch nicht erreicht. Darüber befindet sich ein Formstempel - hier ein Mehrfachstempel 27 -, der so viele Eintauchrippen 37 aufweist, wie Nuten 4 mit eingelegten Kühlrohren 6 vorgesehen sind. Dies bedeutet, dass in einem Arbeitsschritt mit einem Formstempel 27 ein Kühlrohr 6 oder mehrere Kühlrohre 6 in alle Nuten 4 oder eine Vielzahl von Nuten 4 in seine/ihre Einlegestellung 35 eingedrückt/eingepresst werden kann.

Der Formstempel 27 besteht aus den eben genannten Eintauchrippen 37, die der Nut geometrie insoweit entsprechen, als sie etwas schmaler als die Nutweite d₂ sind. Sie sind aber vorzugsweise zumindest so hoch, wie die Nuttiefe bis zur Position der Halte stege 10, 11. Sie sind in Längsrichtung 15 langgestreckt und erstrecken sich praktisch über die gesamte Länge der Einsetzabschnitte der Kühlrohre 6. Dadurch wird vermie den, dass die Kühlrohre ungleichmäßig oder gar verkantet eingesetzt werden.

Die Kühlrohre 6 können die Halteverengung 10, 11 in Nuttiefenrichtung 16 passieren und rasten quasi in ihrem Aufnahmebereich 12 ein, wenn mit dem Formstempel 27 eine ausreichende Einpresskraft/Eindrückkraft ausgeübt wird.

In Fig. 5 ist ein Mehrfachstempel 27 schematisch gezeigt, der - wie alle gezeigten Ausführungsbeispiele, auch von Primärteil 1 und Sekundärteil 31 des Linearmotors 2 - unterbrochen dargestellt ist. Die Eintauchrippen 37 weisen an der Unterseite 29 des Formstempels 27 eine Form 30 auf, die im wesentlichen eine bezüglich der Ober flächenform 25 - im gezeigten Ausführungsbeispiel eine ebene Form - negative Form 30 aufweist. Diese Form 30 ist demzufolge ebenfalls plan. Dies bezieht sich jedoch nur auf den zentralen Teil der Unterseite 22 bzw. der Form 30.

Die Rippenbreite 41 ist zumindest geringfügig kleiner als die Nutweite d₂, so dass die Eintauchrippen 37 ohne Verkanten und ohne Hemmung in die Nuten 4 eintauchen können. Um ein praktisch verkantungs-/hemmungsfreies Einführen zu erreichen, kann der Formstempel mit zumindest einer Eintauchrippe in die Nut einzuführen sein, wobei sich die Eintauchrippe zumindest abschnittsweise, insbesondere zu einer Stempelbasis hin, verschmälert. Die Rippenbreite 41 ist zudem derart bemessen, dass - gerade bei einem Mehrfachstempel 27 - auch unter Berücksichtigung eventueller Lageänderungen bezüglich der Parallelität zwischen Stempelbasis 36 und Primärteil 1 bzw. von deren relativer Verkippung immer noch ein im wesentlichen hemmungsfreies Eintauchen der Eintauchrippen gewährleistet ist. Hierzu kann auch das Material der Eintauchrippen 37 oder des ganzen Formstempels 27 entsprechend mit geringem Reibungskoeffizienten ausgewählt sein. Hierfür kann Stahl, z. B. St37 oder auch hochfester Stahl, auch mit Teflon-Beschichtung, verwendet werden. Zu berücksichtigen ist aber, dass die mit dem Formstempel 27 auszuübende Kraft und damit die Stabilität des Materials gewährleistet sein muss. Analog ist die Breite 42 des Zwischenraums 43 zumindest geringfügig größer als die Zahnbreite.

In Fig. 6 ist ein Einfachstempel 28 gezeigt, der einzelne Kühlrohre 6 oder Abschnitte von Kühlrohren 6 einzeln in eine dafür vorgesehene Nut 4 einzudrücken vermag. Neben der Stempelbasis 36 ist lediglich eine einzige Eintauchrippe 37 vorgesehen, die nachein ander in eine jeweilige Nut 4 eingetaucht werden kann, um das Kühlrohr 6 einzu pressen. Es können aber auch mehrere Einzelstempel 28 vorgesehen sein, die gleich zeitig verschiedene Nuten 4 mit dem Kühlrohr 6 bestücken.

Beispielhaft auch für einen Mehrfachstempel 27, wie in Fig. 5, ist in Fig. 6 aufgrund der größeren Darstellung die genaue Kontur der Form 30 der Unterseite 29 der Ein tauchrippe 37 detailliert gezeigt. Am Rand der Unterseite 29 der Eintauchrippe 37 sind Seitenstege 38 vorgesehen, deren jeweils äußere Ränder an der Außenseite 39 seitlich zurückspringen und somit beim Einpressen der Halteverengung 10, 11 derart "auswei chend" ausgebildet sind, dass die Halteverengung 10, 11 und/oder die Eintauchrippe 37 beim Einpressen sich nicht berühren und sich nicht gegenseitig beschädigen können. Demgegenüber fallen die Seitenstege 38 an der jeweiligen Innenseite 40 zur Mitte der Eintauchrippe 37 hin schnell ab, so dass der verbleibende Raum für die Oberflächen form 30 zur Aufprägung der Form nach Anspruch 12 möglichst groß ist und zu einem Großteil für die Aufprägung der Form ausgenutzt werden kann.

Bezugszeichenliste

1

Primärteil

2

Elektromotor

3

Kern

4

Nut

5

Wicklung

6

Kühlrohr

7

Kühlfluid

8

effektiver Nutquerschnitt

9

Halteverengungsbereich

10

Haltesteg

11

Haltesteg

12

Aufnahmebereich

13

Kontur des Nutquerschnitts im Aufnahmebereich

14

Außenkontur des Kühlrohrs

15

Längsrichtung

16

Tiefenrichtung

17

Außenumfang des Kühlrohrs

18

Kontaktzone

19

Innenwandung des Aufnahmebereichs

20

Nutwandung

21

Nutwandung

22

Unterseite des Haltestegs

23

Anlagezone des Außenumfangs des Kühlrohrs

24

Oberseite des Kühlrohrs

25

Abplattung der Oberfläche des Kühlrohrs

26

Auflage

27

Mehrfachstempel

28

Einfachstempel

29

Unterseite des Formstempels

30

Form der Unterseite des Formstempels

31

Sekundärteil

32

Permanentmagnet

33

Sekundärteilmagnetträger

34

Nutisolation

35

Einlegestellung

36

Stempelbasis

37

Eintauchrippe

38

Seitensteg

39

Außenseite

40

Innenseite

41

Rippenbreite

42

Breite des Zwischenraums

43

Zwischenraum
τ_n

Nutteilung
d₂

Nutweite
d₁

Durchmesser im Aufnahmebereich
h_ges

Gesamthöhe
R_d

Krümmungsradius

Claims

1. Primärteil (1) oder Sekundärteil (31) eines Elektromotors (2), mit einem Kern (3) aus einem magnetisch leitfähigen Material, welches Nuten (4) für die Wick lungen (5) bildet, wobei in die Nuten (4) unter den Wicklungen (5) zumindest ein Kühlrohr (6) eingesetzt ist, welches von einem Kühlfluid (7) durchströmbar ist, dadurch gekennzeichnet, dass der effektive Nutquerschnitt eine zumindest lokale Halteverengung (10, 11) bezüglich des Kühlrohrs (6) aufweist, so dass dieses durch die Halteverengung (10, 11) in seinem Sitz in einem Aufnahme bereich (12) der Nut (4) fixiert ist, wobei der Nutquerschnitt im Aufnahme bereich (12) eine derart mit der Außenkontur (14) des Kühlrohrs (6) korrespon dierende Kontur (13) aufweist, dass das Kühlrohr (6) einen sich im wesentlichen über seine Länge erstreckenden, bezüglich seines Außenumfanges (17) zumin dest lokalen Flächenkontakt (18) mit der Innenwandung (19) des Aufnahme bereichs (12) hat.

2. Primärteil oder Sekundärteil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Kühlrohr (6) die lokale Halteverengung (10, 11) beim Einsetzen unter der Einpresskraft passieren kann.

3. Primärteil oder Sekundärteil nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Kühlrohr (6) in die Nut (4) von oben durch die Nutöffnung hindurch einzu setzen ist.

4. Primärteil oder Sekundärteil nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Kühlrohr (6) seitlich in Nutlängsrichtung in den Aufnahmebereich (12) einzusetzen ist.

5. Primärteil oder Sekundärteil nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die lokale Halteverengung (10, 11) unter Berücksichtigung des Kühlrohrquer schnitts derart schmal ist, dass das Kühlrohr (6) diese in Tiefenrichtung (16) gesehen nicht passieren kann.

6. Primärteil oder Sekundärteil nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass lediglich oberhalb des Aufnahmebereichs (12) eine lokale Halteverengung (10, 11) vorgesehen ist.

7. Primärteil oder Sekundärteil nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass eine Halteverengung (10, 11) als Haltevorsprung ausgebildet ist.

8. Primärteil oder Sekundärteil nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass der Haltevorsprung durch jeweils einen Haltesteg (10, 11) und/oder eine oder mehrere Haltenase(n) einer oder beider Nutwandung(en) (20, 21) gebildet wird.

9. Primärteil oder Sekundärteil nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass sich gegenüberliegende Haltestege (10, 11) der Nutwandungen (20, 21) vorge sehen sind, welche eine Verrastung für das Kühlrohr (6) bilden.

10. Primärteil oder Sekundärteil nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass das Kühlrohr (6) in seinem Sitz im Aufnahmebereich (12) durch die Halteverengung (10, 11) bezüglich seines Außenumfangs (17) zumin dest lokal an die Innenwandung (19) des Aufnahmebereichs (12) angedrückt ist.

11. Primärteil oder Sekundärteil nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass das Kühlrohr (6) in seinem Sitz im Aufnahmebereich (12) an der Unterseite (22) der Halteverengung (10, 11) anliegt und dass die Halteverengung (10, 11) dort eine mit dem Anlageteil (23) des Außenumfangs (17) des Kühlrohrs (6) korres pondierende Kontur hat.

12. Primärteil oder Sekundärteil nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass dem Kühlrohr (6) an seiner Oberseite (24) eine Ober flächenform (25) aufgeprägt ist, welche eine praktisch flächige Auflage (26) für die darüber liegenden Wicklungen (5) bildet.

13. Verfahren zur Herstellung eines Primärteils oder Sekundärteils nach einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass das Kühlrohr (6) seitlich in Nutlängsrichtung in den Aufnahmebereich (12) eingeschoben wird.

14. Verfahren zur Herstellung eines Primärteils oder Sekundärteils nach einem der Ansprüche 1 bis 3 oder 6 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass das Kühlrohr (6) mit einem mit der Nutgeometrie korrespondierenden Formstempel (27, 28) in die Nut (4) eingedrückt wird, wobei die lokale Halteverengung (10, 11) unter Berücksichtigung der Kühlrohrgeometrie und des Kühlrohrmaterials derart aus gebildet ist, dass das Kühlrohr (6) diese unter lediglich elastischer Verformung passieren kann.

15. Verfahren nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, dass das Kühlrohr (6) in seinem Sitz im Aufnahmebereich (12) durch plastische Verformung mit dem Formstempel (27, 28) eine Oberflächenform (25) nach Anspruch 12 aufgeprägt bekommt.

16. Formstempel für die Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 14 oder 15, dadurch gekennzeichnet, dass der Formstempel (27, 28) an seiner Unterseite (29) eine bezüglich der Halteverengung (10, 11) seitlich ausweichende Geo metrie aufweist, so dass die Halteverengung (10, 11) bei Einpressen durch den Formstempel (27, 28) nicht berührt/nicht beschädigt wird.

17. Formstempel, insbesondere nach Anspruch 16, für die Durchführung des Ver fahrens nach Anspruch 14 oder 15, dadurch gekennzeichnet, dass der Form stempel (27, 28) an seiner Unterseite (22) im wesentlichen eine bezüglich der Oberflächenform (25), gemäß Anspruch 12, negative Form (30) aufweist.

18. Formstempel nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, dass der Form stempel (27) lediglich eine mit der Nutgeometrie bezüglich des Einpress vorgangs des Kühlrohrs (6) korrespondierende Eintauchrippe (37) aufweist.

19. Formstempel nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, dass der Form stempel (27) mehrere mit der Nutgeometrie bezüglich des Einpressvorgangs des Kühlrohrs (6) korrespondierende Eintauchrippen (37) aufweist.

20. Formstempel nach Anspruch 19, dadurch gekennzeichnet, dass die Anzahl bzw. die Anordnung bzw. die Geometrie der Eintauchrippen (37) der Anzahl bzw. der Anordnung bzw. der Geometrie derjenigen Nuten (4) entspricht, in deren Aufnahmebereichen (12) jeweils ein Kühlrohr (6) vorgesehen ist.

21. Formstempel nach einem der Ansprüche 16 bis 20, dadurch gekennzeichnet, dass der Formstempel (27) mit zumindest einer Eintauchrippe (37) in die Nut (4) einzuführen ist, wobei sich die Eintauchrippe (37) zumindest abschnittsweise, insbesondere zu einer Stempelbasis 36 hin, verschmälert.