DE19956429A1 - Elektromotor für insbesondere eine Kreiselpumpe - Google Patents

Abstract

Der Elektromotor ist zum Beispiel für eine Kreiselpumpe für eine Heizungsanlage, und zum Betrieb mit im Wesentlichen waagerecht angeordneter Welle vorgesehen. Er weist ein Motorgehäuse auf, das in einer Ebene quer zur Motorwelle eine im Wesentlichen runde Außenkontur hat und einem am Motorgehäuse angeordneten Klemmenkaste, der auch eine Wärme abgebende Leistungselektronik beinhaltet. Die Unterseite des Klemmenkastens ist zumindest abschnittsweise an die Außenkontur des Motorgehäuses angepasst, wobei der Klemmenkasten in diesem Bereich an seiner Unterseite mit kanalbildenden Rippen versehen ist, die quer zu der Welle verlaufen.

Description

Die Erfindung geht aus von einem Elektromotor für insbesondere eine Kreiselpum­ pe für eine Heizungsanlage, der zum Betrieb mit im Wesentlichen waagerecht angeordneter Welle vorgesehen ist, mit einem Motorgehäuse, das in einer Ebene quer zur Motor- und Pumpenwelle eine im Wesentlichen runde Außenkontur aufweist, und mit einem am Motorgehäuse angeordneten Klemmenkasten, der auch eine wärmeabgebende Leistungselektronik beinhaltet.

Ein derartiger Elektromotor ist aus der DE 36 42 724 C2 bekannt. Darin ist ein eine Kreiselpumpe antreibender Elektromotor mit einem Klemmenkasten, in dem ein Frequenzumrichter mit einer Leistungselektronik enthalten ist, und mit einem Lüfter, der Kühlluft axial über das Gehäuse des Motors bläst, beschrieben. Diese Kühlluft strömt auch zwischen dem Motor entlang dessen axialer Kühlrippen und dem Klemmenkasten hindurch, dessen Boden zum Motor hin mit einem gewissen Abstand angeordnet ist. Der Boden des Klemmenkastens steht wärmeleitend mit einer Trägerplatte in Verbindung, auf der sich wiederum die Leistungselektronik des Frequenzumrichters befindet, so dass diese Elektronik mittels der unter dem Klemmenkasten hindurch strömenden Kühlluft wirksam gekühlt wird. Zwar hat sich die Zwangskühlung des Klemmenkastens als effektiv erwiesen, jedoch ist sie mit dem Nachteil verbunden, dass hierzu mit dem Vorsehen eines Lüfterrades und von Luftleitmitteln ein erheblicher Bau- und Kostenaufwand erforderlich ist. Da außerdem der Lüfterbetrieb einen gewissen Anteil der Motorleistung verbraucht, ist der Wirkungsgrad für die Antriebsleistung des Laufrades der Kreiselpumpe gemindert. Außerdem muss die das Lüfterrad tragende Motorwelle zum Lüfterrad hin abgedichtet sein.

Aus der DE 40 15 080 C2 ist ein weiteres Kreiselpumpenaggregat bekannt. Dieses Aggregat umfasst nach einer Ausführungsform einen innen zwangsgekühlten Elektromotor in Form eines Nasslaufmotors, d. h. die Verlustwärme des Motors wird in bekannter Weise durch ein durch den Motor hindurch geleiteten Anteil des Förderstromes abgeführt. Das Gehäuse des Motors, der bei dieser Ausführungs­ form keinen Lüfter aufweist, weist auf seiner Außenseite eine Planfläche auf, auf der ein unten offener Klemmenkasten angeschraubt ist. Innerhalb des Klemmenka­ stens befindet sich auf dem übrigen Teil der Planfläche eine wärmeleitende Träger­ platte, die mit der Leistungselektronik eines in dem Klemmenkasten vorgesehenen Frequenzumrichters versehen ist. Der Wandbereich des Motorgehäuses, der die Planfläche aufweist, bildet so eine Wärmesenke, über die die Verlustwärme der Leistungselektronik des Frequenzumrichters innerhalb des Elektromotors abgeführt wird. Mit einer solchen Kühlungsausbildung wird im Wesentlichen die Kühlung der Leistungselektronik erreicht, nicht jedoch eine Wärmekühlung des übrigen Klemmenkastens, da ein Lüfter nicht vorgesehen ist und eine sonstige Luftkühlung in ihrer Kühlungswirkung nicht zufriedenstellend ist.

Die Aufgabe der Erfindung besteht in der Verbesserung eines Elektromotors der einleitend angeführten Art, dessen Klemmenkasten an seiner Unterseite bei Ver­ meidung der Anwendung von Zwangsenergie äußerlich verbessert luftgekühlt wird.

Die Lösung der Aufgabe besteht darin, dass bei dem einleitend angeführten Elek­ tromotor die Unterseite des Klemmenkastens zumindest abschnittsweise an die Außenkontur des Motorgehäuses angepasst ist, wobei der Klemmenkasten in diesem Bereich an seiner Unterseite mit kanalbildenden Rippen versehen ist, die quer zur Welle verlaufen.

Mit dieser Lösung wird erreicht, dass die Unterseite des Klemmenkastens, die einen gewissen Abstand von dem Motorgehäuse aufweist, durch mehrere natürli­ che und ausgeprägte Luftströme wirksam gekühlt wird, wobei sich diese Luft­ ströme zwischen den kanalbildenden Rippen von unten nach oben bewegen. Die zwischen den Rippen von unten nach oben hindurch strömenden Kühlluftströme erreichen eine erhöhte Strömungsgeschwindigkeit durch diejenige Wärme, die sowohl von der Außenseite des Motorgehäuses als auch von der Unterseite des Klemmenkastens zu den durch die Rippen gebildeten Strömungskanälen gelangt. Durch die Ausbildung von Kühlkanälen in einer senkrechten und quer zur Motor­ welle verlaufenden Richtung kann somit eine beträchtliche natürliche Luftkühlung des Klemmenkastens an seiner Unterseite erzielt werden, so dass eine Zwangskühlung mit Hilfe einer Lüftereinrichtung, welche zusätzliche Herstel­ lungskosten bedingt und Antriebsenergie verbraucht, vermieden ist. Da das Her­ stellen von Kühlluft führenden Kanälen mittels an der Unterseite des Klemmenka­ stens durch Spritzgießen des Klemmenkastens mitgeformter Rippen kostengünstig durchgeführt werden kann, ist die erfindungsgemäße Ausbildung des Klemmenka­ stens mit geringen Mehrkosten erreichbar.

Eine vorteilhafte Weiterbildung des Elektromotors besteht darin, dass sich der Klemmkasten um etwa den halben Umfang des Motorgehäuses erstreckt. Auf diese Weise wird erreicht, dass sich eine relativ starke Konvektionsströmung zwischen den kanalbildenden Rippen des Klemmenkastens ausbilden kann, wodurch eine erhöhte Kühlungsleistung erzielt wird.

Eine weitere vorteilhafte Ausgestaltung des Elektromotors besteht darin, dass der Klemmenkastenboden eine Durchbrechung aufweist, in der eine Wärmeleitplatte (heat spreader) angeordnet ist, die bzw. der einerseits wärmeleitend mit der Lei­ stungselektronik des Frequenzumrichters und andererseits kraftschlüssig und wärmeleitend mit einer Anlagefläche des Motorgehäuses verbunden ist. Auf diese Weise ist der Klemmenkasten so weiter gebildet, dass die an sich bekannte Abfuhr der Wärme von der Leistungselektronik über das Motorgehäuse an den durch den Motor zu Kühlzwecken strömenden Anteil des Fördermediums auch hier zusätz­ lich angewendet werden kann.

Die Erfindung ist nachstehend anhand eines in den anliegenden Zeichnungen dargestellten Ausführungsbeispieles näher erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 eine perspektivische Darstellung eines Elektromotors mit einem beispielsweisen Klemmenkasten,

Fig. 2 den Klemmenkasten nach Fig. 1 in einer anderen perspektivischen Darstellung und

Fig. 3 eine Schnittdarstellung nach der Linie III-III in Fig. 1, jedoch um 90° nach oben versetzt.

Nach Fig. 1 weist ein allgemein mit 1 bezeichnetes Kreiselpumpenaggregat für eine Heizungsanlage, einen Elektromotor 2, und zwar einen Nasslaufmotor, mit einem Klemmenkasten 3 auf. Das Aggregat 1 wird in der Regel so installiert, dass sich die Antriebswelle des Motors 2 (in Fig. 1 nicht zu erkennen) in einer im Wesentlichen waagerechten Lage befindet, welche Lage durch Fig. 1 angedeutet sein soll. Die sinnbildlich in Fig. 3 mit 2a angedeutete Motorwelle dient gleich­ zeitig auch als Pumpenwelle, weil sie das Pumpenlaufrad trägt. In Fig. 1 ist weiter zu erkennen, dass das Gehäuse 4 des Motors 2 in einer Ebene quer zu der genarm­ ten Motor- und Pumpenwelle 2a eine im Wesentlichen runde Außenkontur auf­ weist. An dem Motorgehäuse ist der Klemmenkasten 3 mit Abstand befestigt und enthält in üblicher Weise neben anderen elektrischen Teilen auch einen Frequen­ zumformer mit einer Leistungselektronik.

Gemäß Fig. 1 ist der Klemmenkasten 3 bogenförmig gestaltet, derart, dass er sich in Form eines Kreisbogens beispielsweise etwa um den halben Umfang des in einer Ebene quer zur Motorwelle im wesentlichen eine runde Außenkontur aufweisen­ den Motorgehäuses 4 erstreckt. Seine axiale Länge ist vorzugsweise so gewählt, dass sich die Länge des Klemmenkastens im Wesentlichen über die gesamte Länge des Motorgehäuses 4 erstreckt. Hierdurch ist ein Klemmenkasten 3 geschaffen, der einen großen bogenförmigen Innenraum zur Verfügung stellt, so dass viele elek­ trische Bauteile einschließlich ihrer Verdrahtung und der Frequenzumrichter darin untergebracht werden können, wobei der Klemmenkasten auf seiner Unterseite, d. h. auf der derjenigen Seite, die dem Motorgehäuse zugekehrt ist, auf natürliche Weise sehr effektiv gekühlt werden kann, wie noch klar wird.

Des Weiteren ist der Klemmenkasten 3 so an dem Motorgehäuse 4 befestigt, dass die eine Stirnseite 5 des Klemmenkastens 3 der freien Stirnseite 6 des Motor­ gehäuses 4 gegenüberliegt, wie es insbesondere aus Fig. 3 deutlich zu erkennen ist. Die freie Stirnseite 6 des Motorgehäuses ist diejenige Seite, die der Montageseite 7 des Motors 2 axial abgekehrt ist. Auf seiner Stirnseite 5 kann der Klemmenka­ sten 3 mit einer Anzahl von Anzeige- und/oder Bedienelementen, die allgemein mit 8 angedeutet sind, versehen sein. Mit diesen Elementen 8 wird der jeweils gewünschte Betriebszustand des Motors 2 in herkömmlicher Weise eingestellt und/oder angezeigt.

Der Klemmenkasten 3 ist vorzugsweise mit mehreren Kabelanschlussstutzen 9 versehen, durch welche elektrische Anschlusskabel (nicht gezeigt) hindurchgeführt werden.

Wie es am besten aus Fig. 2 zu erkennen ist, ist die Unterseite 10 des Klemmenka­ stens 3 zumindest abschnittsweise an die runde Außenkontur des Motorgehäuses 4 angepasst. Im vorliegenden Ausführungsbeispiel sind zwei kreisbogenförmige Abschnitte 11 und 12 vorgesehen, die sich an den Längsrändern des Klemmenka­ stens 3 erstrecken. Im Mittelbereich der Unterseite 10 ist endseits ein ebener Teilbereich 13 vorgesehen, der eine größere Durchbrechung 14 aufweist. Der übrige mittlere Wandbereich 15 der Unterseite 10 des Klemmenkastens 3 ist wiederum so geformt, dass dieser Wandbereich bei montiertem Klemmenkasten von dem Motorgehäuse 4 beabstandet ist. Der Wandbereich 15 weist eine Durch­ brechung 16 auf, durch welche sich die üblichen elektrischen Anschlussstifte 17 erstrecken, die in bekannter Weise zum elektrischen Anschluss der Statorwicklung des Elektromotors 2 mit der elektrischen Einrichtung in dem Klemmenkasten 3 bestimmt sind.

Wie es aus Fig. 2 deutlich zu erkennen ist, sind die Abschnitte 11 und 12 der Unterseite 10 des Klemmenkastens 3 mit einer Mehrzahl von Rippen 18 versehen, die quer zur Motor- und Pumpenwelle 2a verlaufen. Diese Rippen sind vonein­ ander beabstandet und bilden zwischen sich Strömungskanäle 19 aus. Durch diese Strömungskanäle entsteht ein natürlicher Luftstrom in vertikaler Richtung um das Motorgehäuse 4, wenn der Motor in Betrieb ist und somit Verlustwärme sowohl im Motor als auch im Klemmenkasten entsteht.

In der Durchbrechung 14 des Wandbereichs 13 des Klemmenkastens 3 befindet sich eine Wärmeleitplatte 20, auch "heat spreader" genannt. Auf ihrer dem Motorgehäuse 4 abgekehrten Seite trägt die Wärmeleitplatte 20 gemäß Fig. 3 die Leistungselektronik 21 eines in dem Klemmenkasten 3 vorgesehenen Frequenzum­ richters (nicht weiter dargestellt). Die relativ hohe Verlustwärme der Leistungs­ elektronik wird somit direkt auf die Wärmeleitplatte übertragen. Da das Motor­ gehäuse 4 im Bereich der Wärmeleitplatte mit einer Planfläche 4a versehen ist und die Wärmeleitplatte direkt auf dieser Planfläche aufliegt, wird die Verlustwärme der Leistungselektronik 21 direkt auf das Motorgehäuse 4 übertragen. Von dort wird die Verlustwärme von dem durch den Motor 2 hindurch geförderten Flüssig­ keitsanteil abgeführt, der in üblicher Weise zur Kühlung des Motorstators durch den Motor hindurch geleitet wird. Die Wärmeleitplatte 20 ist kraftschlüssig mit dem Motorgehäuse 4 verbunden, indem der Klemmenkasten 3 an dem Motor­ gehäuse 4 angeschraubt ist. Auf diese Weise ist ein guter Kontakt zwischen der Wärmeleitplatte 20 und der planen Anlagefläche 21 des Pumpengehäuses 4 gege­ ben.

Wie bereits erwähnt ist, befinden sich in dem Klemmenkasten 3 die üblichen elektrischen Bauteile zum Anschluss und zur Steuerung des das Pumpenlaufrad tragenden Elektromotors 2, wobei die entsprechenden elektrischen Anschlusskabel über die Stutzen 9 in den Klemmenkasten 3 eingeführt und dort mit den ent­ sprechenden elektrischen Bauteilen verbunden werden. Da der Aufbau der elek­ trischen Bauteile in dem Klemmenkasten 3 sowie die darin vorgesehene Ver­ drahtung nicht Gegenstand der vorliegenden Anmeldung sind, erübrigt sich deren Erläuterung.

Obgleich die Wärmeleitplatte 20, auf welcher die Leistungselektronik 21 des Frequenzumrichters in dem Klemmenkasten 3 montiert ist, einen bestimmten Bereich des Motorgehäuses 4 von der umfangsmäßigen Luftkühlung ausnimmt, wird trotzdem eine unterseitige Luftkühlung des Klemmenkastens in Folge der durch die Rippen 18 gebildeten Umfangskanäle 19 gewährleistet, da der übrige und größere Mittelabschnitt der Unterseite 10 des Klemmenkastens durch die natürli­ che vertikale Umfangsluftströmung gekühlt wird. Der diesbezügliche Strömungs­ bereich ist in Fig. 3 durch die quer zur Motor- und Pumpenwelle 2a verlaufenden Strömungskanäle 23 angedeutet. Selbstverständlich ist es auch möglich, in dem Klemmenkasten 3 einen Frequenzumrichter mit einer Leistungselektronik fort­ zulassen. In diesem Fall ist die gesamte Unterseite 10 des Klemmenkastens mittels umfangsmäßig durchgehender Rippen 18 so gestaltet, dass im Wesentlichen der gesamte Zwischenraum zwischen dem Motorgehäuse 4 und der Unterseite 10 des Klemmenkastens 3 für den Durchlass eines natürlichen, auf Konvexionsbasis beruhenden Kühlluftstromes zur Verfügung steht. Des weiteren ist der mit dem vorstehend beschriebenen Klemmkasten versehene Elektromotor nicht auf die Anwendung bei Kreiselpumpen beschränkt, sondern kann beispielsweise auch für den Antrieb von Kühlkompressoren verwendet werden.

Claims (6)

1. Elektromotor (2) für insbesondere eine Kreiselpumpe (1) für eine Hei­ zungsanlage, der zum Betrieb mit im Wesentlichen waagerecht angeordneter Welle vorgesehen ist, mit einem Motorgehäuse (4), das in einer Ebene quer zur Motor­ welle eine im Wesentlichen runde Außenkontur aufweist, und mit einem am Motorgehäuse angeordneten Klemmenkasten (3), der auch eine Wärme abgebende Leistungselektronik beinhaltet, dadurch gekennzeichnet, dass die Unterseite (10) des Klemmenkastens (3) zumindest abschnittsweise an die Außenkontur des Motorgehäuses (4) angepasst ist, wobei der Klemmenkasten in diesem Bereich an seiner Unterseite (10) mit kanalbildenden Rippen (18) versehen ist, die quer zu der Welle verlaufen.

2. Elektromotor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Klem­ menkasten (3) so am Motorgehäuse (4) angeordnet ist, dass sich eine im Wesentli­ chen von unten nach oben verlaufende Konvexionsströmung zwischen Klemmen­ kasten und Motorgehäuse einstellen kann.

3. Elektromotor nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekenn­ zeichnet, dass sich der Klemmenkasten (3) um etwa den halben Umfang des Motorgehäuses (4) erstreckt.

4. Elektromotor nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekenn­ zeichnet, dass der Klemmenkastenboden (13) eine Durchbrechung (14) aufweist, in der eine Wärmeleitplatte (20) vorgesehen ist, die einerseits wärmeleitend mit der Leistungselektronik (21) und andererseits kraftschlüssig und wärmeleitend mit einer Anlagefläche (4a) des Motorgehäuses (4) verbunden ist.

5. Elektromotor nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekenn­ zeichnet, dass sich der Klemmenkasten (3) über die ganze Länge des Motor­ gehäuses (4) erstreckt.

6. Elektromotor nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekenn­ zeichnet, dass der Klemmenkasten (3) eine Stirnseite (5) aufweist, die neben der freien Stirnseite (6) des Motorgehäuses (4) angeordnet ist und welche Anzeige- und/oder Bedienelemente (8) des Motors (1) trägt.