ОХЛАЖДАЮЩАЯ РУБАШКА
COOLING JACKET

Изобретение относится к охлаждающей рубашке, согласно ограничительной части пункта 1 формулы изобретения, к конструктивному элементу, в частности к машине, который содержит охлаждающую рубашку, а также к транспортному средству, которое содержит конструктивный элемент, в частности машину. Кроме того, изобретение относится к способу изготовления охлаждающей рубашки и к способу изготовления конструктивного элемента, в частности машины.
Охлаждающие рубашки используются для охлаждения конструктивных элементов, в частности машин, с целью повышения их мощности. Охлаждающая рубашка окружает часть конструктивного элемента, в частности машины, которая нагревается при работе конструктивного элемента, в частности машины. Тепло отводится от конструктивного элемента, в частности машины, с помощью протекающей через охлаждающую рубашку текучей среды.
Конструктивный элемент, в частности машина, является предметом, который выполняет функцию в техническом комплексе, например, в транспортном средстве или в установке. Когда конструктивный элемент, в частности машина, выполняет функцию, то это приводит к нагреванию конструктивного элемента, в частности машины. Это нагревание тем сильнее, чем компактнее выполнен конструктивный элемент, в частности машина, и чем выше мощность конструктивного элемента, в частности, мощность машины. Тепло можно отводить от конструктивного элемента, в частности машины, с помощью охлаждающей рубашки.
В DE 102010040399 А1 приведено описание охлаждающей рубашки в виде корпуса для размещения привода с предназначенными для протекания текучей среды охлаждающими каналами. Корпус содержит две концентричные части корпуса, при этом во внутренней части корпуса размещен электрический привод, а наружная часть корпуса расположена над внутренней частью корпуса. Охлаждающие каналы образованы в обращенных друг к другу поверхностях внутренней и/или наружной части корпуса и проходят в окружном направлении частей корпуса вдоль по меньшей мере одного участка оси частей корпуса. В DE 102010040399 А1 корпус предназначен для размещения электрического привода, который при компактных наружных размерах обеспечивает эффективное охлаждение электрического привода и, возможно, других компонентов. Для этого наружная часть корпуса выполнена, например, из металла, в частности алюминия, или из волоконного композитного материала. Применение алюминия обеспечивает преимущество меньшего веса и большой теплопроводности, так что принимаемое из внутреннего пространства корпуса тепло может отдаваться также через наружную часть корпуса в окружение. Волоконный композитный материал также имеет преимущество небольшого веса и большой прочности. Кроме того, волоконный композитный материал отличается небольшой теплопроводностью, так что из текучей среды через наружную часть корпуса не отбирается тепло. Какой материал предпочтительно применять, оставлено на усмотрение специалиста. Внутренняя часть корпуса изготовлена, согласно DE 102010040399 А1, предпочтительно из алюминия, а наружная часть корпуса изготавливается по выбору из металла или волоконного композитного материала. Охлаждающие каналы выполняются во внутренней и/или наружной части с помощью токарного или фрезерного процесса, т.е. с помощью обработки со снятием стружки.
Высокая технизация, которая осуществляется также в области транспортных средств, приводит к тому, что один конструктивный элемент, в частности машина, должен применяться в сильно отличающихся друг от друга технических комплексах.
Поэтому в основу изобретения положена задача улучшения применения охлаждающей рубашки в различных технических комплексах.
Эта задача решена с помощью охлаждающей рубашки с признаками пункта 1 формулы изобретения. Охлаждающая рубашка, согласно изобретению, для охлаждения с помощью текучей среды содержит
- внутреннюю часть,
- наружный кожух, который проходит в осевом направлении, при этом наружный кожух окружает внутреннюю часть в плоскости поперечного сечения, перпендикулярной осевому направлению,
- канал для приема текучей среды, при этом первый край канала содержит наружную поверхность внутренней части, а второй край канала содержит внутреннюю поверхность наружного кожуха,
при этом внутренняя часть расположена в наружном кожухе, при этом внутренняя часть состоит из металлического материала, при этом свойство материала наружного кожуха выполнено отлично от свойства материала внутренней части, при этом внутренняя часть изготовлена с помощью первого способа, а наружный кожух - с помощью второго способа, при этом по меньшей мере частично с помощью первого способа создано свойство материала внутренней части, при этом первый способ является экструзионным способом прессования, при этом внутренняя часть имеет ребро в осевом направлении, и первый край канала содержит поверхность ребра, при этом осевые ребра выполнены в виде единого целого с внутренней частью, при этом ребра выполнены с помощью экструзионного способа прессования.
Эта задача решена также с помощью конструктивного элемента, в частности машины, с признаками пункта 8 формулы изобретения.
Конструктивный элемент, согласно изобретению, в частности машина, согласно изобретению, содержит охлаждающую рубашку, согласно изобретению.
Кроме того, задача решена с помощью транспортного средства, согласно пункту 9 формулы изобретения.
Транспортное средство, согласно изобретению, содержит конструктивный элемент, согласно изобретению, в частности машину, согласно изобретению.
Задача решена также с помощью способа изготовления охлаждающей рубашки, согласно изобретению, по пункту 10 формулы изобретения.
В способе, согласно изобретению, изготовления охлаждающей рубашки, согласно изобретению, внутреннюю часть располагают в наружном кожухе.
Кроме того, задача решена с помощью способа изготовления конструктивного элемента, в частности машины, по пункту 11 формулы изобретения.
В способе, согласно изобретению, изготовления конструктивного элемента, в частности машины, подготавливают охлаждающую рубашку, согласно изобретению.
Задача решается с помощью охлаждающей рубашки, согласно изобретению, тем, что внутренняя часть и наружный кожух являются двумя отдельными частями, и свойство материала наружного кожуха выполнено отлично от свойства материала внутренней части. Таким образом, наружный кожух можно изготавливать независимо от внутренней части. Наружный кожух можно изготавливать отдельно для определенной конструкции для определенного применения с индивидуальным свойством материала.
Внутреннюю часть можно использовать для всех конструкций и всех применений.
Свойство материала наружного кожуха выполнено отлично от свойства материала внутренней части, так что наружный кожух может иметь со своим окружением другое взаимодействие, чем внутренняя часть.
Свойство материала наружного кожуха может обеспечивать возможность предпочтительного взаимодействия наружного кожуха с техническим комплексом, в котором применяется охлаждающая рубашка.
Свойство материала внутренней части может обеспечивать возможность предпочтительного взаимодействия внутренней части с конструктивным элементом, в частности машиной, который по меньшей мере частично окружает охлаждающую рубашку.
Кроме того, было установлено, что толщина охлаждающей рубашки в радиальном направлении плоскости поперечного сечения, в частности во всех радиальных направлениях плоскости поперечного сечения, может быть уменьшена за счет разделения охлаждающей рубашки на наружный кожух и внутреннюю часть при той же охлаждающей мощности.
Внутренняя часть может быть оболочкой. Таким образом, внутренняя часть может принимать тепло почти во всех радиальных направлениях плоскости поперечного сечения, перпендикулярной осевому направлению, и отдавать в текучую среду в канале.
Внутренняя часть может окружать плоскость поперечного сечения, перпендикулярную осевому направлению. Это имеет то преимущество, что пространство, которое окружает внутренняя часть перпендикулярно осевому направлению, лучше защищено. В частности, это может достигаться тем, что внутренняя часть состоит из металлического материала.
Наружный кожух может проходить вдоль внутренней части в осевом направлении от одного конца внутренней части до другого конца внутренней части. Это имеет то преимущество, что внутренняя часть лучше защищена от взаимодействия с техническим комплексом. В частности, это может достигаться за счет того, что наружный кожух состоит из металлического материала.
Конструктивный элемент, согласно изобретению, в частности машина, согласно изобретению, имеет наряду с уже указанными преимуществами также дополнительно то преимущество, что он, независимо от применения в различных технических комплексах, может быть окружен неизменяемой внутренней частью. Таким образом, конструктивный элемент можно лучше использовать в различных технических комплексах независимо от различных взаимодействий.
В машине, согласно изобретению, свойство материала наружного кожуха предпочтительно может быть выполнено так, что от машины можно передавать, возможно, большее количество энергии движения в конструкцию технического комплекса, или большое количество энергии движения можно лучше передавать от технического комплекса в машину.
В частности, электрическая машина, согласно изобретению, может быть выполнена предпочтительно более компактной. В электрической машине, возможно, большее пространство используется для магнитного контура, с целью достижения большой плотности мощности электрической машины. Для обеспечения, возможно, меньших размеров электрической машины, магнитный контур выполняется по своим размерам, возможно, меньшим. При этом приходится мириться с тем, что магнитный контур нагревается. Магнитный контур электрической машины имеет статор, ротор и обмотку с целью преобразования электрической энергии в энергию движения или энергии движения в электрическую энергию. Для того, чтобы мощность электрической машины не уменьшалась из-за увеличивающегося нагревания или для исключения повреждения электрической машины, необходимо отводить тепло от электрической машины. Тепло можно отводить с помощью охлаждающей рубашки, согласно изобретению, при этом внутренняя часть охлаждающей рубашки может быть выполнена независимо от наружного кожуха для переноса тепла от магнитного контура в канал охлаждающей рубашки.
В электрической машине, согласно изобретению, внутренняя часть может быть выполнена тонкой и, несмотря на это, электрическая машина, согласно изобретению, может быть защищена с помощью внутренней части от проникновения текучей среды в электрическую машину. Таким образом, при тонкой внутренней части проводящие ток части, в частности обмотка, может быть защищена от текучей среды. Небольшое количество текучей среды может оказывать отрицательное влияние на работу электрической машины или приводить к ее разрушению.
Транспортное средство, согласно изобретению, имеет, наряду с уже указанными преимуществами, дополнительно также то преимущество, что, независимо от внутренней части, можно наружный кожух выполнять устойчивым к влиянию погодных условий.
Способ, согласно изобретению, изготовления охлаждающей рубашки, согласно изобретению, имеет, наряду с уже указанными преимуществами, дополнительно также то преимущество, что внутренняя часть и/или наружный кожух перед расположением внутренней части в наружном кожухе предпочтительно можно просто обрабатывать. Так, обеспечивается возможность простой обработки внутренней поверхности наружного кожуха. Обеспечивается также возможность простой обработки наружной поверхности внутренней части.
Способ, согласно изобретению, изготовления конструктивного элемента, согласно изобретению, в частности машины, имеет, наряду с уже указанными преимуществами, дополнительно также то преимущество, что охлаждающую рубашку можно поставлять с меньшим временем поставки, поскольку внутреннюю часть изготавливают в больших количествах, а наружный кожух требует небольшого времени изготовления.
Предпочтительные варианты выполнения изобретения указаны в зависимых пунктах формулы изобретения.
Так, предпочтительным является вариант выполнения охлаждающей рубашки, согласно изобретению, в котором внутренняя часть изготавливается с помощью первого способа, а наружный кожух - с помощью второго способа, при этом по меньшей мере частично с помощью второго способа создается свойство материала наружного кожуха. Это имеет то преимущество, что свойство материала наружного кожуха по меньшей мере частично образуется за счет вида выполнения второго способа, отличном от свойства материала внутренней части.
Второй способ может быть способом литья. Способ литья обеспечивает степени свободы при выполнении наружного кожуха.
Способ литья обеспечивает возможность выполнения наружной поверхности наружного кожуха устойчивой к погодным условиям. Таким образом, охлаждающую рубашку можно также применять в качестве корпуса конструктивного элемента, в частности машины транспортного средства. Наружная поверхность наружного кожуха может быть устойчивой к погодным условиям, например, за счет того, что локально ограниченные свесы предотвращают скопление брызг воды в выемках наружного кожуха или у выступов наружного кожуха. Брызги воды могут уменьшать срок службы транспортного средства, поскольку брызги воды могут содержать, например, при соответствующих дорожных условиях, соль для посыпания дорог. Крепежные средства наружного кожуха могут иметь выемки наружного кожуха или выступы наружного кожуха.
Наружный кожух за счет способа литья может иметь поры или усадочные раковины. Способы литья постоянно совершенствуются, так что усадочные раковины или поры могут быть уменьшены в своем количестве и/или размере. С другой стороны, за счет пор в изготовленном с помощью способа литья наружном кожухе уменьшается вес наружного кожуха.
Способ литья может быть способом литья под давлением. С помощью способа литья под давлением можно достигать высокой точности размеров при больших степенях свободы при выборе геометрии. Так, можно создавать крепежные средства для различных возможностей крепления. Способ литья под давлением обеспечивает гладкие поверхности и кромки. Таким образом, вредные вещества из окружения могут меньше прилипать к крепежному средству и меньше постепенно разрушать крепежное средство.
В другом предпочтительном варианте выполнения охлаждающей рубашки, согласно изобретению, внутренняя часть изготовлена с помощью первого способа, а наружный кожух изготовлен с помощью второго способа, при этом по меньшей мере частично с помощью первого способа создается свойство материала внутренней части. Это имеет то преимущество, что свойство материала внутренней части по меньшей мере частично за счет вида и выполнения первого способа может создаваться отличным от свойства материала наружного кожуха.
Первый способ может быть способом прессования. При изготовлении с помощью способа прессования внутренняя часть уплотняется. Это приводит к тому, что внутренняя часть уже при небольшой толщине стенки имеет высокую стабильность. При небольшой толщине стенки из пространства в охлаждающей рубашке может передаваться большее количество тепла в единицу времени с помощью внутренней части в текучую среду в канале.
За счет уплотнения способа прессования дополнительно достигается лучшая передача тепла между пространством в охлаждающей рубашке и текучей средой в канале охлаждающей рубашки.
Способ прессования может быть экструзионным способом прессования. Экструзионный способ прессования обеспечивает экономичное изготовление внутренней части с небольшой толщиной.
В другом предпочтительном варианте выполнения охлаждающей рубашки, согласно изобретению, наружный кожух имеет крепежное средство. Таким образом, внутреннюю часть можно предпочтительно изготавливать независимо от вида крепления охлаждающей рубашки в техническом комплексе. Наружный кожух можно изготавливать индивидуально для определенной конструкции с определенным применением с крепежным средством в требуемом месте крепления с подходящим крепежным средством, в частности, с определенной формой.
Наружный кожух может иметь в локально ограниченном месте крепления в осевом направлении локально ограниченное крепежное средство. Локально ограниченное крепежное средство имеет более высокую прочность, чем место наружного кожуха вне локально ограниченного места крепления с целью обеспечения надежного крепления. Это может достигаться, например, за счет того, что наружный кожух в локально ограниченном месте крепления имеет в радиальном направлении большую толщину, чем в других местах в осевом направлении. За счет локально ограниченного в осевом направлении крепежного средства достигается уменьшение веса охлаждающей рубашки.
Наружный кожух может иметь в локально ограниченном месте крепления на наружной поверхности в окружном направлении наружного кожуха локально ограниченное крепежное средство. В частности, за счет локально ограниченного крепежного средства, которое ограничено в осевом направлении наружного кожуха и локально ограничено в окружном направлении наружного кожуха, дополнительно достигается большое уменьшение веса охлаждающей рубашки.
Крепежное средство может быть соединено с наружным кожухом в виде единого целого. Это имеет то преимущество, что крепежное средство и наружный кожух можно изготавливать из одного материала.
Крепежное средство может удерживаться в наружном кожухе. Это имеет то преимущество, что крепежное средство при изготовлении наружного кожуха может быть закреплено с экономией времени в виде готовой части на наружном кожухе. Когда наружный кожух изготовлен, например, с помощью способа литья, готовая деталь может быть с экономией времени залита в наружный кожух.
Наружный кожух может окружать плоскость поперечного сечения, перпендикулярную осевому направлению. Это предпочтительно обеспечивает возможность того, что крепежное средство может находиться на наружном кожухе в любом радиальном направлении.
Внутренняя часть может окружать плоскость поперечного сечения, перпендикулярную осевому направлению. Это имеет то преимущество, что пространство, которое окружает внутренняя часть перпендикулярно осевому направлению, защищено от крепежного средства. Таким образом, при расположении крепежного средства в месте крепления с определенной формой можно меньше учитывать это пространство.
Конструктивный элемент, в частности машина, имеет то преимущество, что его можно закреплять в различных конструкциях и применениях в подходящем месте крепления с помощью подходящих крепежных средств, в частности определенной формы, на охлаждающей рубашке. Таким образом, конструктивный элемент можно использовать независимо от конструкции и применения. Возможно, необходимое согласование крепежного средства с определенной конструкцией и с определенным применением осуществляется с помощью наружного кожуха.
В машине крепежное средство может быть расположено на наружном кожухе предпочтительно так, что от машины, возможно, большее количество энергии движения лучше передается в конструкцию технического комплекса, или большое количество энергии движения передается от конструкции технического комплекса в машину.
Машина с помощью крепежного средства на наружном кожухе устанавливается с небольшими колебаниями в конструкции технического комплекса. Для этого наружный кожух может иметь другое или несколько других крепежных средств в месте крепления или в нескольких местах крепления.
В другом предпочтительном варианте выполнения охлаждающей рубашки, согласно изобретению, свойство материала является теплопроводностью материала, при этом наружный кожух имеет первый материал, а внутренняя часть – второй материал, который имеет меньшую теплопроводность, чем первый материал. За счет этого достигается лучшая передача тепла между пространством в охлаждающей рубашке и текучей средой в канале охлаждающей рубашки.
Теплопроводность материала может зависеть, среди прочего, также от пористости материала, т.е. от количества и величины пор или усадочных раковин.
Наружный кожух может иметь первый материал, а внутренняя часть – второй материал, так что в единицу времени текучая среда может отдавать через наружный кожух меньше тепла, чем может принимать текучая среда через внутреннюю часть. Таким образом, с помощью наружного кожуха может излучаться меньше тепла. Тепло может отводиться текучей средой и использоваться в охлаждающем циркуляционном контуре для нагревания других конструктивных элементов или пространств. Охлаждающая рубашка, согласно изобретению, может быть расположена в техническом комплексе в месте, в котором она подвергается воздействию погодных условий, без необходимости отказа от использования отходящего тепла для нагревания предметов или пространств. В транспортном средстве отходящее тепло можно использовать для темперирования батареи.
В другом предпочтительном варианте выполнения охлаждающей рубашки, согласно изобретению, внутренняя часть имеет ребро в осевом направлении. Первый край канала содержит поверхность ребра. Это имеет то преимущество, что с помощью ребра можно простым образом образовывать несколько каналов для приема текучей среды. Поскольку внутренняя часть имеет ребра, то наружный кожух можно изготавливать индивидуально для определенной конструкции для определенного применения с индивидуальным свойством материала, без необходимости учета положения ребер. Таким образом, с помощью наружного кожуха могут обеспечиваться, например, различные возможности крепления, без необходимости нахождения ребра в определенном месте охлаждающей рубашки.
Осевые ребра могут быть выполнены в виде единого целого с внутренней частью с целью экономии времени при изготовлении внутренней части.
Ребра могут быть изготовлены с помощью способа прессования. Это имеет то преимущество, что ребра на основании их осевого направления можно изготавливать с экономией времени с помощью способа прессования.
Кроме того, предпочтительно, что ребра, в частности, при их изготовлении с помощью прессования, можно выравнивать друг с другом по высоте с помощью процесса со снятием стружки, например, с помощью токарной обработки, и можно почти произвольно уменьшать высоту ребер. Таким образом, может достигаться меньшая толщина охлаждающей рубашки, так что конструктивный элемент, согласно изобретению, в частности машина, согласно изобретению, может иметь большую плотность мощности.
Указанные выше свойства, признаки и преимущества данного изобретения, а также способы их достижения, более подробно поясняются в приведенном ниже описании примеров выполнения со ссылками на прилагаемые чертежи, на которых изображено:
фиг.1 – первый пример выполнения охлаждающей рубашки;
фиг.2 – разрез по линии II-II на фиг.1;
фиг.3 - пример выполнения наружного кожуха;
фиг.4 - пример выполнения внутренней части;
фиг.5 - пример выполнения транспортного средства;
фиг.6 - пример выполнения электрической машины.
На фиг.1 показан пример выполнения охлаждающей рубашки 1, которая содержит внутреннюю часть 3 и наружный кожух 2, который проходит в осевом направлении 4, при этом наружный кожух 2 окружает внутреннюю часть 3 в плоскости поперечного сечения, которая показана на фиг.1, перпендикулярно осевому направлению 4. Охлаждающая рубашка 1 имеет толщину D. Охлаждающая рубашка 1 имеет канал 6 для охлаждения с помощью текучей среды 20, при этом первый край канала 6 содержит наружную поверхность 7 внутренней части 3, а второй край канала 6 содержит внутреннюю поверхность 8 наружного кожуха 2. Внутренняя часть 3 расположена в наружном кожухе 2, при этом наружный кожух 2 имеет крепежное средство 10. В охлаждающей рубашке 1 применяется для охлаждения текучая среда 20, при этом на фигурах текучая среда 20 представлена стрелкой, которая показывает направление течения текучей среды 20. Текучая среда 20 может протекать в канал 6 через проток 15, который имеет наружный кожух 2. Текучая среда 20 дополнительно направляется с помощью ребер в форме меандра к стоку 16, который имеет наружный кожух 2. Текучая среда 20 может вытекать через сток 16 охлаждающей рубашки 1. В качестве текучей среды 20 применяется охлаждающее средство, которое состоит из воды и глизантина G30 в соотношении 50:50.
Внутренняя часть 3 окружает пространство 9 перпендикулярно осевому направлению 4. Первый край канала 6 содержит поверхность 21 ребра 17. На первом крае канала 6 внутренняя часть 3 имеет небольшую толщину d. Высота Н ребер 17 обеспечивает небольшую толщину D охлаждающей рубашки 1. Наружный кожух 2 имеет другое крепежное средство 13 в другом месте 12 крепления, так что охлаждающая рубашка 1 имеет несколько мест крепления. Наружный кожух 2 имеет крепежное средство 10 и другое крепежное средство 13 в различных радиальных направлениях.
На фиг.2 показан поперечный разрез по линии II-II на фиг.1. Наружный кожух 2, который проходит в осевом направлении 4, окружает внутреннюю часть 3 в плоскости 5 поперечного сечения, перпендикулярной осевому направлению 4. На фиг.2 показано, что наружный кожух 2 имеет другое крепежное средство 13 в другом месте 12 крепления, которое проходит в осевом направлении в локально ограниченном другом месте 12 крепления.
На фиг.3 показан наружный кожух 2 перед расположением внутренней части 3 в наружном кожухе 2. Наружный кожух 2 изготовлен с помощью способа литья под давлением и имеет материал AlSi9Cu3.
На фиг.4 показана внутренняя часть 3 перед расположением в наружном кожухе 2. Внутренняя часть 3 изготовлена с помощью экструзивного способа прессования и имеет материал AlMgSi 0,5 F22.
На фиг.6 показан пример выполнения электрической машины 61, которая содержит статор 63 и ротор 64. Корпус электрической машины 61 содержит охлаждающую рубашку 1 и подшипниковые щиты 66. Ротор 64 имеет вал 65 и установлен с возможностью вращения в подшипниковых щитах 66 с помощью подшипников 62. Охлаждающая рубашка 1 содержит наружный кожух 2, внутреннюю часть 3 и запоры 67. Запоры 67 закрывают отверстия 19, так что достигается прохождение текучей среды 20 по пути в форме меандра.
Магнитный контур электрической машины 61 имеет статор 63, ротор 64 и обмотку 631. Магнитный контур обеспечивает возможность преобразования с помощью электрической машины 61 электрической энергии в энергию движения или энергии движения в электрическую энергию.
На фиг.5 показан пример выполнения транспортного средства 51. Транспортное средство 51 имеет привод 57, который содержит электрическую машину 52, согласно изобретению. Привод 57 соединен с колесом 571 транспортного средства 51 и создает энергию движения, которая может приводить в движение транспортное средство 51 в направлении 58 движения. Электрическая машина 52, согласно изобретению, имеет в локально ограниченном месте крепления крепежное средство 50. Транспортное средство 51 имеет охлаждающий циркуляционный контур 60, который содержит электрическую машину 52, насос 54, текучую среду 59 и электрическую батарею 53. Текучая среда 59 содержит воду и глизантин G30 в соотношении 50:50. Текучая среда 59 протекает для охлаждения электрической машины 52, согласно изобретению, в охлаждающем циркуляционном контуре 60 под воздействием насоса 54 из стока 56 электрической машины 52, согласно изобретению, к батарее 53 с целью ее нагревания до температуры, которая обеспечивает оптимальное использование батареи. От батареи 53 текучая среда 59 протекает через приток 52 в электрическую машину 52, согласно изобретению.
Хотя подробное описание изобретения было дано применительно к предпочтительным примерам выполнения, оно не ограничивается раскрытыми примерами. Специалисты в данной области техники могут выводить из них другие варианты без выхода за объем защиты изобретения.