Beschreibung

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf Elektromotoren und insbesondere auf Elektromotoren, die bei sehr hohen Drehzahlen betreibbar sind, wie sie beispielsweise nötig sind, wenn solche Elektromotoren als Verdichtermotoren in Wärmepumpen eingesetzt werden, die beispielsweise mit Wasser als Arbeitsflüssigkeit betrieben werden.

Die DE 10201620341 1 A1 offenbart einen Elektromotor mit einer Motorhülle, einer Motorwelle mit einem ersten Ende und einem zweiten Ende, einem Lagerabschnitt zum Lagern der Motorwelle bezüglich des Lagerhalters, einem anzutreibenden Element, das an oder näher an einem zweiten Ende als an einem ersten Ende der Motorwelle angebracht ist, und einem Antriebsabschnitt, der zwischen dem Lagerabschnitt und dem anzutreibenden Element angeordnet ist und einen Stator aufweist. Darüber hinaus ist der Lagerhalter mit der Motorhülle über eine Federanordnung gekoppelt, wobei die Federanordnung ausgebildet ist, um eine Kipp-Auslenkung des Lagerhalters bezüglich der Motorhülle um wenigstens eine Kipp-Achse, die senkrecht zu einer Achse der Motorwelle ist, zu erlauben.

Damit wird eine Motorlagerung erreicht, die es ermöglicht, dass der Motor nicht mehr auf einer Achse rotiert, die durch die Lager definiert wird, sondern dass der Motor nunmehr auf seiner Trägheitsachse rotiert. Damit wird keine dauernde zusätzliche Kraft auf die Lager ausgeübt, da der gesamte Lagerhalter auslenkbar ist.

Außerdem umfasst der Elektromotor eine konvektive Wellenkühlung, die so ausgebildet ist, dass durch eine Dampfzuführung Dampf in dem Motorgehäuse zu einem Motorspalt zugeführt wird, der zwischen dem Stator und der Welle vorhanden ist. Darüber hinaus umfasst der Motor einen weiteren Spalt, der sich von dem Motorspalt entlang des Radial- rads zu einem Leitraum erstreckt. Dadurch wird Arbeitsdampf durch den Motorspalt gezogen und es wird damit eine Kühlung der Welle erreicht.

Problematisch ist jedoch, dass es Kompromisse bezüglich der Lagerlebensdauer geben kann. Kompromisse bezüglich der Lagerlebensdauer führen dazu, dass die Standzeit des Lagers reduziert wird, und dass dann entweder eine Fehlfunktion oder häufiger Austauschzyklen für das Lager des Elektromotors nötig werden.

Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, ein verbessertes Motorkonzept zu schaffen.

Diese Aufgabe wird durch einen Elektromotor nach Patentanspruch 1 , ein Verfahren zum Herstellen eines Elektromotors nach Patentanspruch 20, ein Verfahren zum Betreiben des Elektromotors nach Patentanspruch 21 oder eine Wärmepumpe nach Patentanspruch 22 gelöst.

Ein Elektromotor für einen Kompressor umfasst einen Lagerbereich mit einem an einer Motorwelle angebrachten drehbaren Abschnitt und einem festen Abschnitt und einer La- ger-schmierung zwischen dem drehbaren Abschnitt und dem festen Abschnitt. Der Elektromotor umfasst ferner einen Motorbereich und ein Kompressorrad, das in einem Kompressorraum angeordnet ist. Der Motorbereich ist zwischen dem Lagerbereich und dem Kompressorbereich angeordnet, und die Motorwelle erstreckt sich von dem Lagerbereich durch den Motorbereich bis hin zum Kompressorrad. Der Motorbereich und der Kompres- sorraum sind ausgebildet, um eine Gasströmung zwischen einer Gaszuführung und dem Kompressor-raum zu ermöglichen, wobei die Gaszuführung zwischen dem Lagerbereich und dem Motorbereich angeordnet ist, um eine konvektive Wellenkühlung zu schaffen. Ferner ist zwischen dem Lagerbereich und der Gaszuführung eine Labyrinth-Dichtung angeordnet, um den Lagerbereich gegenüber der Gaszuführung abzudichten.

Die vorliegende Erfindung basiert auf der Erkenntnis, dass durch die Labyrinth-Dichtung eine effiziente Abdichtung des Lagerbereichs vom Dampfbereich erreicht wird. Damit ist es möglich, die Lagerschmierung, die zwischen dem festen und dem beweglichen Teil des Lagers angeordnet ist, wesentlich länger in dem Lagerbereich zu halten als in einer Vergleichssituation, in der keine Labyrinth-Dichtung vorhanden ist. Im Betrieb des Elektromotors, der insbesondere bei hohen Drehzahlen und unter einer thermischen Belastung aufgrund der hohen Drehzahl betrieben wird, findet dauernd eine Verdampfung der Lagerschmierung statt. Durch die Labyrinth-Dichtung findet im Betrieb kein Austausch zwi- schen verdampfter Lagerschmierung und dem Gasbereich statt, der andererseits für die konvektive Wellenkühlung nötig ist. Damit kommt der Verdampfungsprozess von Lagerschmierung dann zum Erliegen, wenn ein ausreichend großer Partialdruck an verdampfter Lagerschmierung in dem Lagerbereich vorhanden ist. Damit wird erreicht, dass der La- gerbereich insbesondere bei vorzugsweise Lebenszeit-geschmierten Lagern in einer nahezu abgeschlossenen Atmosphäre laufen kann, wobei die Lagerschmierung im Betrieb durch Verdunstung einen Partialdruck ausbildet und dadurch aufhört zu verdunsten. Damit wird erreicht, dass das ständige Verdampfen von Lagerschmierung, das ohne die Labyrinth-Dichtung stattfinden würde, unterbunden wird.

Es hat sich gezeigt, dass damit die Standzeit des Lagers aufgrund der effizienten Unterbindung des Verdampfens von Lagerschmierung und durch die Unterbindung des dauernden Abführens von verdampfter Lagerschmierung aufgrund der Dampfströmung der konvektiven Wellenkühlung um das Doppelte und sogar bis um das 5-Fache erhöht werden kann.

Damit wird zum einen die Ausfallsicherheit des Elektromotors verbessert, und zum anderen wird auch das System reiner gehalten, weil die verdampfte Lagerschmierung nicht die Arbeitsflüssigkeit kontaminiert.

Außerdem wird durch die konvektive Wellenkühlung sichergestellt, dass die thermische Belastung des Motors und insbesondere der Motorwelle in Grenzen gehalten wird. Gleichzeitig wird durch die verbesserte Rückhaltung der Lagerschmierung sichergestellt, dass im Lager selbst die Schmiersituation verbessert wird, so dass auch dort eine geringere Reibung auf tritt und damit eine geringere Wärmeerzeugung stattfindet. Damit wird ein effizienterer, besserer und sicherer Betrieb des Elektromotors erreicht.

Bei bevorzugten Ausführungsbeispielen der vorliegenden Erfindung ist die Labyrinth- Dichtung mit einer Scheibe ausgebildet, die sich um die Motorwelle herum erstreckt, wobei die Scheibe so dimensioniert ist, dass sie von der Motorwelle um einen Dichtungsspalt beabstandet ist.

Bei einem weiteren Ausführungsbeispiel ist eine weitere Scheibe angeordnet, die von der Scheibe beabstandet ist und so dimensioniert ist, dass sie von der Motorwelle um einen weiteren Dichtungsspalt beabstandet ist. Bei speziellen Ausführungsbeispielen sind die Scheiben durch einen Abstandshalter voneinander beabstandet, und der Abstandshalter hat einen Abstandsspalt zu der Motorwelle, der jeweils größer als die beiden Dichtungsspalte ist, so dass sich vorzugsweise in diesem Abstandsspalt eine„rotierende Walze“ bilden kann, die dabei hilft, einen Austausch von Gasen zwischen dem Motorbereich einerseits und dem Lagerbereich andererseits zu unterbinden. Bei weiteren Ausführungs- beispielen umfasst die Labyrinth-Dichtung nicht nur Komponenten an dem festen Teil des Elektromotors, also umfasst nicht nur die Scheiben, sondern auch eine oder mehrere in- einandergreifende Scheiben an der Motorwelle. Damit kann je nach Implementierung eine mäanderförmige Labyrinth-Dichtung erzeugt werden. Weitere Labyrinth-Dichtungen umfassen nicht nur zwei Scheiben, sondern auch drei, vier oder noch mehr Scheiben und je nach Implementierung entsprechend ineinandergreifende Elemente, so dass eine Labyrinth-Dichtung nicht nur Elemente am festen Teil des Motors hat, sondern auch an der Motorwelle. Es wird jedoch aus Einfachheitsgründen bevorzugt, lediglich für die Labyrinth- Dichtung Komponenten an dem festen Teil der Welle vorzusehen und nicht an der Motorwelle, und es wird ferner bevorzugt, dass zwei voneinander beabstandete Scheiben eingesetzt werden, zwischen den sich der Abstandsraum für die rotierende Walze bildet.

Bei einem bevorzugten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung ist der feste Lagerbereich federnd an der Motorhülle aufgehängt, so dass der Motor auf seiner Trägheitsachse arbeiten kann und nicht durch die Lager selbst festgelegt ist. Ferner wird es bevorzugt, dass dieses federnde System gedämpft ist, und dass die Labyrinth-Dichtung einstückig mit dem Teil des festen Lagers ausgeführt ist, der mit dem Dämpfungselement für das Feder-Dämpfungs-System Eingriff nimmt. Damit wird sichergestellt, dass trotz federnd gelagertem festem Lagerteil bezüglich der Motorhülle keine Relativbewegung zwischen Labyrinth-Dichtung und Motorwelle stattfindet, sondern dass dann, wenn sich der gesamte Lagerbereich bewegt, auch die Labyrinth-Dichtung mitbewegt.

Bevorzugte Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung werden nachfolgend Bezug nehmend auf die beiliegenden Zeichnungen detailliert erläutert. Es zeigen:

Fig. 1A eine Prinzipdarstellung eines Motors für einen Kompressor gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung;

Fig. 1 B eine schematische Ansicht einer Wärmepumpe mit dem Motor und dem Kompressor;

Fig. 2 eine schematische Darstellung einer Wärmepumpe mit konvektiver Wellenkühlung gemäß einem Aspekt;

Fig. 3 eine schematische Darstellung einer Wärmepumpe mit konvektiver Wellenkühlung einerseits und Motorkühlung gemäß einem weiteren Aspekt andererseits; Fig. 4 eine Schnittdarstellung einer Wärmepumpe gemäß einem Ausführungsbeispiel mit konvektiver Wellenkühlung einerseits und Motorkühlung andererseits unter spezieller Berücksichtigung der konvektiven Wellenkühlung;

Fig. 5 eine Prinzipdarstellung eines alternativen Ausführungsbeispiels für die Labyrinth- Dichtung zur Trennung des Lagerschmierungsbereichs und des Dampfbereichs;

Fig. 6 eine detaillierte Darstellung des rotierenden Systems mit Lagerhalter gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung;

Fig. 7A eine detaillierte Darstellung des rotierenden Systems, das in dem Motorgehäuse angeordnet ist;

Fig. 7B eine Detailansicht aus Fig. 7A;

Fig. 8A eine weitere Ausführungsform eines Ausschnitts des Elektromotors mit Labyrinth- Dichtung zwischen Lagerabschnitt und Motorabschnitt;

Fig. 8B einen Ausschnitt aus Fig. 8A;

Fig. 9 eine Detaildarstellung des Lagerhalters gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung; und

Fig. 10 eine Darstellung des rotierenden Systems samt Lagerhalter mit besonderem Verweis auf ein Kühlsystem zur Lagerkühlung.

Fig. 1A zeigt ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung als Motor für einen Kompressor. Der Motor umfasst einen Lagerbereich 1000, einen Motorbereich 1100 und ein Kompressorrad 304. Eine Motorwelle 306 erstreckt sich zwischen dem Kompressorrad 304, dem Motorbereich 1100 und dem Lagerbereich 1000. Insbesondere hat der Lagerbereich einen an der Motorwelle 306 angebrachten drehbaren Abschnitt 705 und einen festen Abschnitt 703, wobei eine Lagerschmierung 707 in dem Lagerbereich 1000 angeordnet ist, und zwar zwischen dem drehbaren Abschnitt 705 und dem festen Abschnitt 703. Vorzugsweise ist das Lager als Lager mit beweglichen Elementen, wie beispielsweise mit Kugeln im Falle eines Kugellagers oder mit Walzen im Falle eines Wälzlagers ausgebildet, wie es schematisch bei 701 und 702 gezeigt ist.

Wie es in Fig. 1A ferner dargestellt ist, ist der Motorbereich 1100 zwischen dem Kompressorrad 304 und dem Lagerbereich 1000 angeordnet. Der Motorbereich umfasst einen Stator 308, der mittels einer Stromversorgung 1050 mit Strom versorgt werden kann, um den Motor anzutreiben. Ferner umfasst der Motorabschnitt einen Rotor 307, der vorzugsweise Permanentmagnete aufweist, die auf der Motorwelle angebracht oder in der Motorwelle 306 eingelassen sind. Ferner ist eine Gaszuführung, die schematisch bei 310 und 320 angedeutet ist, vorhanden, um eine Kühlgaszuführung für eine konvektive Wellenkühlung zu ermöglichen. Durch die Kühlgaszuführung 310, 320 wird vorzugsweise im Betrieb des Kompressorrads 304 Kühldampf, und vorzugsweise verdampfte Arbeitsflüssigkeit durch die Gaszuführung 310, 320, einen Motorspalt 311 und einen weiteren Spalt 313 in den Kompressorraum 104 gezogen. Damit wird eine konvektive Wellenkühlung der Motorwelle, der Permanentmagnete, des Stators und der anderen Komponenten erreicht, die an dem Weg des Arbeitsdampfes 305 liegen. Der Motorbereich und der Kompressorraum sind somit ausgebildet, um eine Gasströmung zwischen der Gaszuführung 310, 320 und dem Kompressorraum 104 zu ermöglichen, wobei die Gaszuführung zwischen dem Lagerbereich 1000 und dem Motorbereich 1 100 angeordnet ist. Um eine effektive Abdichtung zwischen dem Lagerbereich und dem Motorbereich bzw. dem Dampfbereich zu erhalten, ist eine Labyrinth-Dichtung 1010 zwischen dem Lagerbereich und der Gaszuführung 310, 320 angeordnet. Damit wird sichergestellt, dass die Lagerschmierung 707, selbst wenn sie im Betrieb verdampft, nicht aus dem Lagerbereich austreten kann, sondern im Lagerbereich verbleibt, obgleich eine dauernde Gasströmung durch die Gaszuführung 310 entlang des Motorspalts und des weiteren Spalts in den Kompressorraum stattfindet.

Die Labyrinth-Dichtung 1010 dient zum Abdichten des Lagerbereichs 1000 gegen die konvektive Wellenkühlung im Motorbereich bis zum Kompressorbereich 104 als Dichtsystem zwischen dem rotierenden System und dem stehenden System. Damit ist der Lagerbereich, der sich zwischen dem festen Abschnitt 703 und dem beweglichen Abschnitt 705 erstreckt, und in dem die Lagerschmierung 707 angeordnet ist, abgedichtet. Vorzugsweise sind noch, wie es später noch dargestellt wird, O-Ring-Dichtungen zum Abdichten des Raums nach außen, also nicht zum konvektiven Wellenkühlungsbereich, sondern zu anderen Bereichen des Elektromotors vorgesehen. Der Lagerbereich umfasst vorzugsweise ein Lebenszeit-geschmiertes Lager bzw. mehrere Lebenszeit-geschmierte Lager, die in einer nahezu abgeschlossenen Atmosphäre laufen. Das öl bildet hier im Betrieb durch Verdunstung einen Partialdruck aus und hört dadurch auf zu verdunsten, also aufgrund der vorhandenen Labyrinth-Dichtung 1010. Würde die Labyrinth-Dichtung 1010 nicht vorhanden sein, so würde ständig Öl bzw. Lagerschmierung verdampfen, während bei Vorhandensein der Labyrinth-Dichtung 1010 im Betrieb quasi kein Austausch stattfindet, so dass der Verdampfungsprozess des Öls bzw. der Lagerschmierung, die zusätzlich auch je nach Implementierung Seife oder Fett enthalten kann, zum Erliegen kommt.

Durch die Labyrinth-Dichtung 1010 kann sich im Lagerbereich also ein Partialdruck einstellen, der ein weiteres Verdampfen von Schmieröl dauerhaft verhindert. Ohne Labyrinth- Dichtung spült die konvektive Wellenkühlung ständig entstehenden Öl-Dampf weg und der Verdampfungsprozess würde so lange weiterlaufen, bis kein öl für die Schmierung mehr vorhanden ist. Zwischen dem Lagerbereich und der konvektiven Wellenkühlung gibt es bei bevorzugten Ausführungsbeispielen keinen Druckunterschied. Die Labyrinth- Dichtung stört den Diffusionsprozess zwischen den beiden Räumen. Sobald das System rotiert, bildet sich im Spalt der Labyrinth-Dichtung bei einer bevorzugten Ausführungsform eine„rotierende Walze“, die durch enge Spalte zwischen Labyrinth-Dichtungsscheiben und der Motorwelle einen Austausch von Gasen verhindert. Die„rotierende Walze“ ist das in dem Spalt der Labyrinth-Dichtung vorhandene Gas, das durch die sich schnell drehende Motorwelle in Rotation versetzt wird und damit den Raum im Lager von dem Raum außerhalb des Lagers abdichtet, obgleich die Scheiben der Labyrinth-Dichtung die Motorwelle nicht berühren.

Fig. 1 B zeigt eine Wärmepumpe 100 mit einem Verdampfer zum Verdampfen von Arbeitsflüssigkeit in einem Verdampferraum 102. Die Wärmepumpe umfasst ferner einen Kondensator zum Verflüssigen von verdampfter Arbeitsflüssigkeit in einem Kondensatorraum 104, der von einem Kondensatorboden 106 begrenzt ist. Wie es in Fig. 1 B gezeigt ist, die als Schnittdarstellung oder als Seitenansicht angesehen werden kann, ist der Verdampferraum 102 zumindest teilweise von dem Kondensatorraum 104 umgeben. Ferner ist der Verdampferraum 102 durch den Kondensatorboden 106 von dem Kondensatorraum 104 getrennt. Darüber hinaus ist der Kondensatorboden mit einem Verdampferboden 108 verbunden, um den Verdampferraum 102 zu definieren. In einer Implementierung ist oberhalb am Verdampferraum 102 oder an anderer Stelle ein Kompressor 1 10 vorge- sehen, der in Fig. 1 B nicht näher ausgeführt ist, der jedoch prinzipiell ausgebildet ist, um verdampfte Arbeitsflüssigkeit zu komprimieren und als komprimierten Dampf 112 in den Kondensatorraum 104 zu leiten. Der Kompressor umfasst vorzugsweise den Motor, wie er in Fig. 1A dargestellt ist und das Kompressorrad des Motors von Fig. 1A erstreckt sich im Kompressorraum, der der Kondensatorraum 104 der Wärmepumpe von Fig. 1 B ist.

Der Kondensatorraum 104 ist ferner nach außen hin durch eine Kondensatorwand 114 begrenzt. Die Kondensatorwand 1 14 ist ebenfalls wie der Kondensatorboden 106 an dem Verdampferboden 108 befestigt. Insbesondere ist die Dimensionierung des Kondensatorbodens 106 in dem Bereich, der die Schnittstelle zum Verdampferboden 108 bildet, so, dass der Kondensatorboden bei dem in Fig. 1 B gezeigten Ausführungsbeispiel vollständig von der Kondensatorraumwand 114 umgeben ist. Dies bedeutet, dass sich der Kondensatorraum, wie es in Fig. 1 B gezeigt ist, bis zum Verdampferboden erstreckt, und dass sich der Verdampferraum gleichzeitig sehr weit nach oben, typischerweise nahezu durch fast den gesamten Kondensatorraum 104 erstreckt.

Diese „verschränkte“ oder ineinandergreifende Anordnung von Kondensator und Verdampfer, die sich dadurch auszeichnet, dass der Kondensatorboden mit dem Verdampferboden verbunden ist, liefert eine besonders hohe Wärmepumpeneffizienz und erlaubt daher eine besonders kompakte Bauform einer Wärmepumpe. Größenordnungsmäßig ist die Dimensionierung der Wärmepumpe z. B. in einer zylindrischen Form so, dass die Kondensatorwand 114 einen Zylinder mit einem Durchmesser zwischen 30 und 90 cm und einer Höhe zwischen 40 und 100 cm darstellt. Die Dimensionierung kann jedoch je nach erforderlicher Leistungsklasse der Wärmepumpe gewählt werden, findet jedoch vorzugsweise in den genannten Dimensionen statt. Damit wird eine sehr kompakte Bauform erreicht, die zudem einfach und günstig herstellbar ist, weil die Anzahl der Schnittstellen, insbesondere für den fast unter Vakuum stehenden Verdampferraum ohne Weiteres reduziert werden kann, wenn der Verdampferboden gemäß bevorzugten Ausführungsbeispielen der vorliegenden Erfindung dahin gehend ausgeführt wird, dass er sämtliche Flüssigkeits-Zu- und Ableitungen umfasst und damit keine Flüssigkeits-Zu- und Ableitungen von der Seite oder von oben nötig sind.

Ferner sei darauf hingewiesen, dass die Betriebsrichtung der Wärmepumpe so ist, wie sie in Fig. 1 B gezeigt ist. Dies bedeutet, dass der Verdampferboden im Betrieb den unteren Abschnitt der Wärmepumpe definiert, jedoch abgesehen von Verbindungsleitungen mit anderen Wärmepumpen oder zu entsprechenden Pumpeneinheiten. Dies bedeutet, dass im Betrieb der im Verdampferraum erzeugte Dampf nach oben steigt und durch den Motor umgelenkt wird und von oben nach unten in den Kondensatorraum eingespeist wird, und dass die Kondensatorflüssigkeit von unten nach oben geführt wird, und dann von oben in den Kondensatorraum zugeführt wird und dann im Kondensatorraum von oben nach unten fließt, wie beispielsweise durch einzelne Tröpfchen oder durch kleine Flüssigkeitsströme, um mit dem vorzugsweise quer zugeführten komprimierten Dampf zu Zwecken einer Kondensation zu reagieren.

Bei bevorzugten Ausführungsbeispielen ist der Kompressor derart an der Oberseite des Kondensatorraums angeordnet, dass der komprimierte Dampf durch den Kompressor einerseits umgelenkt und gleichzeitig in einen Randspalt des Kondensatorraums eingespeist wird. Damit wird eine Kondensation mit besonders hoher Effizienz erreicht, weil eine Querstromrichtung des Dampfes zu einer herabfließenden Kondensationsflüssigkeit erreicht wird. Diese Kondensation mit Querströmung ist besonders im oberen Bereich, wo der Verdampferraum groß ist, wirksam und benötigt im unteren Bereich, wo der Kondensatorraum zugunsten des Verdampferraums klein ist, keinen besonders großen Bereich mehr, um dennoch eine Kondensation von bis zu diesem Bereich vorgedrungenen Dampfpartikeln zu erlauben.

Ein Verdampferboden, der mit dem Kondensatorboden verbunden ist, ist vorzugsweise so ausgebildet, dass er den Kondensator-Zu- und Ablauf und den Verdampfer-Zu- und Ab- lauf in sich aufnimmt, wobei zusätzlich noch bestimmte Durchführungen für Sensoren in den Verdampfer bzw. in den Kondensator vorhanden sein können. Damit wird erreicht, dass keine Durchführungen von Leitungen für den Kondensator-Zu- und Ablauf durch den nahezu unter Vakuum stehenden Verdampfer nötig sind. Dadurch wird die die gesamte Wärmepumpe weniger fehleranfällig, weil jede Durchführung durch den Verdampfer eine Möglichkeit für ein Leck darstellen würde. Dazu ist der Kondensatorboden an den Stellen, an denen die Kondensator-Zu- und Abläufe sind, mit einer jeweiligen Aussparung versehen, dahin gehend, dass in dem Verdampferraum, der durch den Kondensatorboden definiert wird, keine Kondensator-Zu/Abführungen verlaufen.

Der Kondensatorraum wird durch eine Kondensatorwand begrenzt, die ebenfalls an dem Verdampferboden anbringbar ist. Der Verdampferboden hat somit eine Schnittstelle sowohl für die Kondensatorwand als auch den Kondensatorboden und hat zusätzlich sämtliche Flüssigkeits-Zuführungen sowohl für den Verdampfer als auch den Verflüssiger. In der vorliegenden Anmeldung betreffen gleiche Bezugszeichen gleiche oder gleichwir- kende Elemente, wobei nicht alle Bezugszeichen in allen Zeichnungen, sofern sie sich wiederholen, erneut dargelegt werden.

Fig. 2 zeigt eine Wärmepumpe gemäß einem Ausführungsbeispiel in Verbindung mit der konvektiven Wellenkühlung. So umfasst die Wärmepumpe von Fig. 2 einen Kondensierer mit einem Kondensierergehäuse 1 14, der einen Kondensiererraum 104 umfasst. Ferner ist der Verdichtermotor angebracht, welcher durch den Stator 308 schematisch in Fig. 4 dargestellt ist. Dieser Verdichtermotor ist auf in Fig. 2 nicht gezeigte Art und Weise an dem Kondensierergehäuse 114 angebracht und umfasst den Stator und einen Rotor 307, wobei der Rotor 307 eine Motorwelle 306 aufweist, an der ein Radialrad 304 angebracht, das sich in eine Verdampferzone hinein erstreckt, die in Fig. 2 nicht dargestellt ist. Ferner umfasst die Wärmepumpe einen Leitraum 302, der ausgebildet ist, um durch das Radial- rad verdichteten Dampf aufzunehmen und in den Kondensierer zu leiten, wie es bei 1 12 schematisch dargestellt ist.

Ferner umfasst der Motor ein Motorgehäuse 300, das den Verdichtermotor umgibt und vorzugsweise ausgebildet ist, um einen Druck zu halten, der wenigstens gleich dem Druck in dem Kondensierer ist. Alternativ ist das Motorgehäuse ausgebildet, um einen Druck zu halten, der höher als ein mittlerer Druck aus dem Verdampfer und dem Kondensierer ist, oder der höher als der Druck in dem weiteren Spalt 313 zwischen dem Radialrad und dem Leitraum 302 ist, oder der größer oder gleich dem Druck in dem Kondensierer ist. Das Motorgehäuse ist also derart ausgebildet, damit ein Druckabfall vom Motorgehäuse entlang der Motorwelle in Richtung des Leitraums stattfindet, durch den Arbeitsdampf durch den Motorspalt und den weiteren Spalt an der Motorwelle vorbeigezogen wird, um die Welle zu kühlen.

Dieses Gebiet in dem Motorgehäuse mit dem nötigen Druck ist in Fig. 2 bei 312 dargestellt. Außerdem ist eine Dampfzuführung 310 ausgebildet, um Dampf in dem Motorgehäuse 300 zu einem Motorspalt 311 zuzuführen, der zwischen dem Stator 308 und der Welle 306 vorhanden ist. Ferner umfasst der Motor einen weiteren Spalt 313, der sich von dem Motorspalt 31 1 entlang des Radialrads zu dem Leitraum 302 erstreckt.

Bei der Anordnung herrscht im Kondensierer ein relativ großer Druck p ₃ . Dagegen herrscht im Leitweg oder Leitraum 302 ein mittlerer Druck p ₂ . Der kleinste Druck herrscht, abgesehen vom Verdampfer, hinter dem Radialrad, und zwar dort, wo das Radialrad an der Motorwelle befestigt ist, also in dem weiteren Spalt 313. In dem Motorgehäuse 300 existiert ein Druck p ₄ , der entweder gleich dem Druck p ₃ oder größer als der Druck p ₃ ist. Dadurch existiert ein Druckgefälle vom Motorgehäuse zu dem Ende des weiteren Spalts. Dieses Druckgefälle führt dazu, dass eine Dampfströmung durch die Dampfzuführung hindurch in den Motorspalt und den weiteren Spalt bis in den Leitweg 302 stattfindet. Diese Dampfströmung nimmt Arbeitsdampf aus dem Motorgehäuse an der Motorwelle vorbei in den Kondensierer. Diese Dampfströmung sorgt für die konvektive Wellenkühlung der Motorwelle durch den Motorspalt 311 und den weiteren Spalt 313, der sich an den Motorspalt 311 anschließt. Das Radialrad saugt also Dampf nach unten heraus, an der Welle des Motors vorbei. Dieser Dampf wird über die Dampfzuführung, die typischerweise als spezielle ausgeführte Bohrungen implementiert sind, in den Motorspalt hinein gezogen.

Fig. 3 zeigt eine weitere schematische Ausführungsform der konvektiven Wellenkühlung gemäß einem ersten Aspekt, die vorzugsweise mit der Motorkühlung gemäß einem zweiten Aspekt kombiniert ist.

Es sei jedoch an dieser Stelle generell darauf hingewiesen, dass die beiden Aspekte konvektive Wellenkühlung einerseits und Motorkühlung andererseits auch separat voneinander eingesetzt werden. So führt eine Motorkühlung ohne eine spezielle separate konvektive Wellenkühlung bereits zu einer erheblich erhöhten Betriebssicherheit. Darüber hinaus führt auch eine konvektive Motorwellenkühlung ohne die zusätzliche Motorkühlung zu einer erhöhten Betriebssicherheit der Wärmepumpe. Die beiden Aspekte können jedoch, wie es nachfolgend in Fig. 3 dargestellt ist, besonders günstig miteinander verbunden werden, um mit einer besonders vorteilhaften Konstruktion des Motorgehäuses und des Verdichtermotors sowohl die konvektive Wellenkühlung als auch die Motorkühlung zu implementieren, welche zusätzlich noch bei einem weiteren bevorzugten Ausführungsbeispiel jeweils oder gemeinsam durch eine spezielle Kugellagerkühlung ergänzt werden können.

Fig. 3 zeigt ein Ausführungsbeispiel mit kombinierter Verwendung von konvektiver Wellenkühlung und Motorkühlung, wobei bei dem in Fig. 3 gezeigten Ausführungsbeispiel die Verdampferzone bei 102 gezeigt ist. Die Verdampferzone wird von der Kondensiererzone, also von dem Kondensiererbereich 104 durch den Kondensiererboden 106 getrennt. Arbeitsdampf, der schematisch bei 314 dargestellt ist, wird durch das sich drehende schematisch und im Schnitt dargestellte Radialrad 304 angesaugt und in den Leitweg 302 hinein„gepresst“. Der Leitweg 302 ist bei dem in Fig. 3 gezeigten Ausführungsbeispiel so ausgebildet, dass sich sein Querschnitt nach außen hin vergrößert. Damit findet eine wei- tere Dampfkompression statt. Die erste „Stufe“ der Dampfkompression findet bereits durch die Drehung des Radialrads und das„Ansaugen“ des Dampfs durch das Radialrad statt. Dann jedoch, wenn das Radialrad den Dampf in den Eingang des Leitwegs oder Leitraums einspeist, also dort, wo das Radialrad betrachtet nach oben„aufhört“, stößt der bereits vorkomprimierte Dampf gewissermaßen auf einen Dampfstau. Im Leitraum wird die kinetische Energie, die das Radialrad dem Dampf übertragen hat, in potentielle Energie umgewandelt, indem die Strömungsgeschwindigkeit durch die langsam stetige Aufweitung des Leitraumes in Druck umgewandelt wird. Dies führt zu einer weiteren Dampfkom- pression, so dass schließlich der komprimierte und damit erwärmte Dampf 112 in den Kondensierer strömt.

Fig. 3 zeigt ferner die Dampfzuführungsöffnungen 320, die in einer schematisch dargestellten Motorwand 309 in Fig. 3 ausgeführt sind. Diese Motorwand 309 hat bei dem in Fig. 3 gezeigten Ausführungsbeispiel Bohrungen für die Dampfzuführungsöffnungen 320 im oberen Bereich, wobei diese Bohrungen jedoch an beliebigen Stellen ausgeführt sein können, an denen Dampf in den Motorspalt 311 und damit auch in den weiteren Motorspalt 313 eindringen kann. Die dadurch verursachte Dampfströmung 310 führt zu dem gewünschten Effekt der konvektiven Wellenkühlung.

Das in Fig. 3 gezeigte Ausführungsbeispiel umfasst ferner zur Implementierung der Motorkühlung einen Arbeitsmittelzulauf 330, der ausgebildet ist, um flüssiges Arbeitsmittel aus dem Kondensierer zur Motorkühlung an die Motorwand zu führen. Ferner ist das Motorgehäuse ausgebildet, um in dem Betrieb der Wärmepumpe einen maximalen Flüssigkeitspegel 322 an flüssigem Arbeitsmittel zu halten. Darüber hinaus ist das Motorgehäuse 300 ebenfalls ausgebildet, um oberhalb des maximalen Pegels einen Dampfraum 323 zu bilden. Ferner hat das Motorgehäuse Vorkehrungen, um flüssiges Arbeitsmittel oberhalb des maximalen Pegels in den Kondensierer 104 zu leiten. Diese Ausführung wird bei dem in Fig. 3 gezeigten Ausführungsbeispiel durch einen z. B. flach ausgeführten kanalförmigen Überlauf 324 ausgebildet, der die Dampfabführung bildet und irgendwo in der oberen Kondensiererwand angeordnet ist und eine Länge hat, die den maximalen Pegel 322 definiert. Wird durch die Kondensiererflüssigkeitszuführung 330 zu viel Arbeitsflüssigkeit in das Motorgehäuse, also den Flüssigkeitsbereich 328 eingeführt, so läuft das flüssige Arbeitsmittel durch den Überlauf 324 hindurch in das Kondensierervolumen. Darüber hinaus stellt der Überlauf auch bei der in Fig. 3 gezeigten passiven Anordnung, die z. B. auch alternativ ein Röhrchen mit einer entsprechenden Länge sein kann, einen Druckausgleich zwischen dem Motorgehäuse und insbesondere dem Dampfraum 323 des Motorgehäu- ^{ses und dem} Kondensierer-Innenraum 104 her. Damit ist der Druck im Dampfraum 323 des Motorgehäuses immer nahezu gleich oder höchstens aufgrund eines Druckverlusts entlang des Überlaufs etwas höher als der Druck im Kondensierer. Damit wird der Siede _¬ punkt der Flüssigkeit 328 im Motorgehäuse ähnlich dem Siedepunkt im Kondensiererge- häuse sein. Dadurch führt eine Erwärmung der Motorwand 309 aufgrund einer im Motor erzeugten Verlustleistung dazu, dass eine Blasensiedung in dem Flüssigkeitsvolumen 328 stattfindet, die später noch erläutert wird.

Fig. 3 zeigt ferner diverse Abdichtungen in schematischer Form beim Bezugszeichen 326 und an ähnlichen Stellen zwischen dem Motorgehäuse und dem Kondensierergehäuse einerseits oder aber auch zwischen der Motorwand 309 und dem Kondensierergehäuse 114 andererseits. Diese Abdichtungen sollen symbolisieren, dass hier eine flüssigkeits- und druckdichte Verbindung sein soll.

Durch das Motorgehäuse wird ein separater Raum definiert, der jedoch ein nahezu gleiches Druckgebiet wie der Kondensator darstellt. Dies unterstützt aufgrund einer Erwärmung des Motors und der damit abgegebenen Energie an der Motorwand 309 eine Blasensiedung im Flüssigkeitsvolumen 328, die wiederum eine besonders effiziente Verteilung des Arbeitsmittels im Volumen 328 und damit eine besonders gute Kühlung mit ei ^¬ nem kleinen Volumen an Kühlflüssigkeit zur Folge hat. Ferner wird sichergestellt, dass mit dem Arbeitsmittel gekühlt wird, das auf der günstigsten Temperatur, nämlich der wärms ^¬ ten Temperatur in der Wärmepumpe ist. Dadurch wird sichergestellt, dass sämtliche Kon ^¬ densationsprobleme, die immer an kalten Oberflächen auftreten, sowohl für die Motorwand als auch für die Motorwelle und die Bereiche im Motorspalt 311 und dem weiteren Spalt 313 ausgeschlossen sind. Ferner ist bei dem in Fig. 3 gezeigten Ausführungsbei ^¬ spiel der für die konvektive Wellenkühlung verwendete Arbeitsmitteldampf 310 Dampf, der sonst im Dampfraum 323 des Motorgehäuses ist. Dieser Dampf hat ebenfalls wie die Flüssigkeit 328 die optimale (warme) Temperatur. Ferner wird durch den Überlauf 324 sichergestellt, dass der Druck im Bereich 323 aufgrund der Blasensiedung, die durch die Motorkühlung bzw. die Motorwand 309 bewirkt wird, nicht über den Kondensiererdruck steigen kann. Ferner wird durch die Dampfabführung die Wärmeenergie aufgrund der Motorkühlung abgeführt. Damit wird die konvektive Wellenkühlung immer gleich arbeiten. Würde nämlich der Druck zu stark ansteigen, so könnte zu viel Arbeitsmitteldampf durch den Motorspalt 311 und den weiteren Spalt 313 gepresst werden. Obgleich der Elektromotor gemäß der vorliegenden Erfindung besonders gut in der Wärmepumpe einsetzbar ist, wie sie Bezug nehmend auf die Fig. 1A bis 4 dargestellt worden ist, kann der Elektromotor auch für andere Anwendungen eingesetzt werden, bei denen ein kleiner kompakter Motor nötig ist, der zudem bei hohen Drehzahlen betrieben werden kann. Jedoch auch bei niedrigeren Drehzahlen kann der erfindungsgemäße Motor bereits Vorteile bringen.

Fig. 5 zeigt eine schematische Ausführung gemäß einem Ausführungsbeispiel für die Labyrinth-Dichtung 1010. Vorzugsweise umfasst die Labyrinth-Dichtung eine obere Scheibe 1012 und eine untere Scheibe 101 1 sowie ein zwischen den beiden Scheiben 1011 und 1012 rotierendes Gegenstück 1013, das mit der Motorwelle 306 verbunden ist. Damit umgreifen die beiden Scheiben 1012, 1011 das rotierende Element 1013, wobei insbesondere bei schneller Drehung der lange Weg in den Spalt zwischen Scheibe 1012 und Motorwelle 306 entlang des sich stark drehenden Teils 1013 und dann wieder zurück zu dem Spalt zwischen der unteren Scheibe 1011 und der Motorwelle 306 zu einer effizienten Trennung zwischen Lagerschmierung einerseits und Dampfbereich andererseits führt. Lediglich schematisch ist in Fig. 5 eingezeichnet, dass der feste Bereich 1012, 1011 mit einer Motorhülle 500 verbunden ist, die auch in Fig. 1A eingezeichnet ist. Ferner sind die obere Scheibe 1012 und die untere Scheibe 1011 jeweils mit einem Abstandshalter 1016 verbunden, und die Elemente 1012, 1011 und 1016 sind vorzugsweise einstückig miteinander ausgebildet. Bei bevorzugten Ausführungsbeispielen für die Labyrinth-Dichtung 1010, wie sie in Fig. 5 gezeigt sind, kann somit eine Anordnung aus zwei festen Scheibe und einer rotierenden Scheibe verwendet werden. Alternativ kann jedoch auch lediglich eine feste Scheibe und eine gegenüberliegende rotierende Scheibe verwendet werden. Eine solche Dichtung würde sich ergeben, wenn entweder die obere Scheibe 1012 oder die untere Scheibe 1011 in Fig. 5 weggelassen werden würde.

Eine besonders bevorzugte Ausführungsform ist in Fig. 8B gezeigt. In Fig. 8B sind sowohl die obere Scheibe 1012 als auch die untere Scheibe 101 1 vorhanden, die durch den Abstandshalter 1016 voneinander getrennt sind. Allerdings ist bei dem in Fig. 8B gezeigten Ausführungsbeispiel keine Scheibe bzw. kein Element vorhanden, das sich dreht und an der Motorwelle 306 angeordnet ist. Dies ist insbesondere vorteilhaft, weil die Motorwelle 306 mit hoher Drehzahl angetrieben wird und daher jegliche zusätzlichen Elemente an der Motorwelle im Hinblick auf die Stabilität problematisch sind. Daher wird die Labyrinth- Dichtung in Fig. 8B bevorzugt, die zwei Scheiben hat, zwischen denen der Bereich 1017 ausgebildet ist, der auch als„Abstandshalterspalt" beschrieben wird, weil es der Spalt zwischen dem Abstandshaiter 1016 und der Motorwelle 306 ist, in der sich bei dieser speziellen Ausführungsform der Labyrinth-Dichtung die rotierende Walze bildet, die zusätzlich durch die engen Spalte zwischen der ersten Scheibe 1012 und der Motorwelle 306 und der zweiten Scheibe 101 1 und der Motorwelle 306 gebildet ist, einen Austausch von Ga sen zwischen dem Lagerbereich und dem Dampfbereich effektiv vermeidet.

Insbesondere sind bei dem in Fig. 8B gezeigten Ausführungsbeispiel besonders bevorzugte Maße für die Labyrinth-Dichtung eingezeichnet. Die Bemaßung versteht sich in Millimetern in Fig. 8B.

Vorzugsweise ist der Dichtungsspalt zwischen beiden Scheiben 1011 , 1012 und der Motorwelle 306 jeweils gleich groß und in der Größenordnung von 0,05 mm. Andere Größenordnungen zwischen 0,02 mm und 0,07 mm sind ebenfalls besonders nützlich. Alter nativ können die beiden Dichtungsspalte auch einen Toleranzbereich von ± 10 % des größeren der beiden Dichtungsspalte haben. Bei einem besonders bevorzugten Ausführungsbeispiel, das ebenfalls in Fig. 8B gezeigt ist, ist die Dicke der oberen Scheibe größer als die Dicke der unteren Scheibe. Insbesondere beträgt die Dicke der oberen Scheibe 1012 wenigstens das 1 ,1-Fache der unteren Scheibe 101 1 , Insbesondere ist die Dicke der oberen Scheibe zwischen 0,8 mm und 1 ,2 mm und ist die Dicke der weiteren Scheibe zwischen 0,15 mm und 0,65 mm.

Der Abstandshalter 1016 hat vorzugsweise eine Dicke von 2 mm, und der Abstandsspalt 1017 beträgt 3,75 mm. Der Abstandsspalt kann jedoch zwischen 2,5 mm und 5 mm liegen, und ist vorzugsweise gleich dem 30-Fachen des Dichtungsspalts, damit sich eine ausreichend effizient abdichtende rotierende Walze ausbilden kann. Der Abstand zwi schen den beiden Scheiben, der vorzugsweise 2 mm beträgt, kann auch zwischen 1 mm und 3 mm liegen.

Nachfolgend wird Bezug nehmend auf Fig. 4 ein Elektromotor gemäß einem Ausfüh rungsbeispiel der vorliegenden Erfindung beschrieben, der vorteilhaft als der Elektromotor 1 10 beispielsweise von Fig. 1 B eingesetzt werden kann, oder der auch für andere Anwendungen einsetzbar ist.

Der Elektromotor umfasst eine Motorhülle 500, die den Motor umhaust. Dagegen ist das Motorgehäuse 300, das in den Fig. 2, 3, 4 dargestellt ist, zusätzlich zu der Motorhülle vor- gesehen, um die bestimmten dargelegten Kühlvorrichtungen zu schaffen. Ein Teil der Motorhülle 500 ist die Motorwand 309, die auch in den Fig. 2, 3, 4 dargestellt ist.

Der Elektromotor umfasst ferner eine Motorwelle 306 mit einem ersten Ende 306a und einem zweiten Ende 306b sowie einen Lagerabschnitt 343 zum Lagern der Motorwelle 306 bezüglich eines Lagerhalters 504. Der Lagerabschnitt 343 ist näher an dem ersten Ende 306a als an dem zweiten Ende 306b an der Motorwelle angebracht und insbesondere auf einer Seite bezüglich des Schwerpunkts des rotierenden Systems. Ferner umfasst das rotierende System ein anzutreibendes Element 304, das beispielsweise als Radialrad oder Impeller ausgeführt sein kann, das jedoch auch als jedes beliebige andere anzutreibende Element implementiert sein kann. Ferner ist ein Antriebsabschnitt 1100 vorgesehen, der zwischen dem Lagerabschnitt 343 und dem anzutreibenden Element angeordnet ist und einen Rotor 307 und einen Stator 308 aufweist.

Insbesondere ist der Lagerhalter 504, der in Fig. 6 gezeigt ist, mit der Motorhülle 500 über eine Federanordnung 600 gekoppelt, wobei die Federanordnung ausgebildet ist, um eine Kipp-Auslenkung des Lagerhalters 504 bezüglich der Motorhülle wenigstens um eine Kipp-Achse, die senkrecht zu einer Achse der Motorwelle 306 ist, zu erlauben, und um eine translatorische Auslenkung in Richtung der Motorwelle zu reduzieren oder zu vermeiden. Die Motorwelle 306 erstreckt sich z. B. entlang der z-Achse. Insbesondere dreht sich die Motorwelle 306 im Betrieb um die z-Achse. Eine Kipp-Auslenkung ist entweder um die y-Achse oder die x-Achse oder vorzugsweise um beide Kipp-Achsen möglich, dahin gehend, dass das rotierende System, das durch die Motorwelle 306, den Rotor 307 und das anzutreibende Element 304 gebildet wird, auf seiner Trägheitsachse rotieren kann. Um dies zu erreichen, sind die Kipp-Auslenkungen nötig. Dagegen ist die Federanordnung, die beispielsweise als Blattfedern implementiert ist, ausgebildet, um starr in der z-Achse zu sein. Vorzugsweise soll die Federanordnung auch die radiale Position des Lagerhalters bezüglich der Motorhülle 500 definieren, dahin gehend, dass tatsächlich eine Kipp-Auslenkung des Lagerhalters, jedoch keine radiale Verschiebung des Lagerhalters stattfindet.

Insbesondere ist bei dem in Fig. 4 oder 6 oder 7A, 7B, 8A, 8B gezeigten Ausführungsbeispiel gezeigt, dass der Lagerabschnitt 343 die Motorwelle im Betrieb ausschließlich lagert, so dass zwischen dem Antriebsabschnitt 1100 und dem anzutreibenden Element 304 kein weiteres Lager zum Lagern der Motorwelle im Betrieb angeordnet ist. Lediglich, wie es z. B. anhand von Fig. 4 dargelegt worden ist, existiert ein Notlager 344, das jedoch im Be- trieb nicht auf die Welle eingreift, sondern von der Welle beabstandet ist und dafür da ist, um im Falle eines Notzustandes, wie beispielsweise eines Stoßes, die Welle in Eingriff zu nehmen, damit keine zu große Auslenkung der Welle ermöglicht wird. Zwischen dem An- triebsabschnitt und dem anzutreibenden Element ist somit das Notlager angeordnet, das im Betrieb die Motorwelle oder das anzutreibende Element nicht in Eingriff nimmt, das jedoch bei einer Notsituation die Motorwelle in Eingriff nimmt, um eine Auslenkung der Motorwelle über einen Notlagerspalt hinaus zu unterbinden.

Der Rotor 307 umfasst bei einer Ausführungsform, die beispielsweise in Fig. 6 gezeigt ist, Permanentmagnete, die an der Motorwelle angebracht sind. Darüber hinaus umfasst ein Stator, wie er z. B. bei 308 in Fig. 7A gezeigt ist, Wicklungen, die mit der Motorhülle 500 verbunden sind.

Insbesondere ist der Lagerhalter 504 über zwei oder mehr längliche Federn, die z. B. bei 600 in Fig. 6 dargestellt sind, mit der Motorhülle 500 verbunden ist, wobei die Federbeine jeweils einen Federabschnitt haben, der sich parallel zur Achse der Motorwelle 306 erstreckt.

Je nach Implementierung sind jedoch bei einem vorzugsweise in Draufsicht kreisrunden Lagerhalter 504 die Federbeine gleichmäßig über den Umfang verteilt. Der Elektromotor, umfasst ferner eine Dämpfungsanordnung, durch die der Lagerhalter 504 ebenfalls mit der Motorhülle 500 verbunden ist. Die Dämpfungsanordnung ist ausgebildet, um eine mechanische Schwingung, die aufgrund der Federanordnung des Lagerhalters 504 bezüglich der Motorhülle 500 ermöglicht wird, zu dämpfen. Die Dämpfungsstärke der Dämpfungsanordnung ist eingestellt, damit die Dämpfungsanordnung eine Resonanz des schwingenden Lagerhalters 504 unterbindet, wobei jedoch gleichzeitig die Kipp-Bewegung, die das rotierende System ausführen muss, um auf seiner Trägheitsachse schwingen zu können, erlaubt werden.

Nachfolgend wird Bezug nehmend auf Fig. 6 eine detaillierte Darstellung gegeben. Das anzutreibende Element 304 ist in Fig. 6 als Radialrad oder Impellerrad ausgeführt, welches im Querschnitt in Fig. 6 dargestellt ist. Es sind diverse Wuchtlöcher 602 dargestellt, welche typischerweise mit Madenschrauben versehen werden können, um das Radialrad bzw. das Radialrad samt Welle und Rotor zu wuchten. Auswuchtmaßnahmen können jedoch auch durch andere Vorkehrungen erreicht werden, wie beispielsweise durch einen Materialabtrag an einer bestimmten Stelle alternativ oder zusätzlich zu dem Gewichtsein- trag aufgrund der ggf. eingesetzten Auswuchtschrauben in den Auswuchtöffnungen 602. Bei dem in Fig. 6 gezeigten Ausführungsbeispiel ist die Welle 306 aus einem anderen Material als das Rad 304 ausgebildet. Beide Komponenten können jedoch aus demselben Material ausgebildet sein oder können auch einstückig miteinander ausgebildet sein. Bei der in Fig. 6 gezeigten Implementierung ist das Radialrad 304 aus Aluminium und ist die Welle aus Stahl gebildet. Die Halterung des Rads 304 an der Welle 306 findet über einen im Querschnitt gabelförmigen Befestigungsabschnitt 395 statt, der in Fig. 6 gezeigt ist. Auf der Welle ist im Antriebsabschnitt der Rotor 307 in Form von Permanentmagneten angeordnet, welche durch eine Stabilisierungshülse 396 und Stabilisierungsbandagen 397 gehalten werden, wie es auch Bezug nehmend auf Fig. 1 1 noch erläutert wird.

Im Lagerabschnitt 343 ist der Lagerhalter 504 gezeigt, auf den Bezug nehmend auf Fig. 7B, die eine Detaildarstellung des Lagerhalters zeigt, noch detaillierter eingegangen wird. Insbesondere ist der Lagerhalter 504 über die Federanordnung, die anhand eines Federbeins 600 dargestellt ist, mit der in Fig. 6 nicht gezeigten Motorhülle verbunden. Hierzu umfasst die Federanordnung das Federbein 600 und noch zwei weitere Federbeine 600, die im Querschnitt in Fig. 6 nicht gezeigt sind, die jedoch in Fig. 9 ersichtlich sind. Die Federbeine verbinden einen Befestigungsabschnitt 602 mit dem Lagerhalter 504. Der Befestigungsabschnitt 602 ist, wie es wieder in Fig. 9 besser zu sehen ist, als Ring ausgebildet, welcher an die Motorhülle 500 geschraubt ist, wenn der Motor fertig zusammengebaut ist. Die erfindungsgemäße Labyrinth-Dichtung ist bei 1010 in Fig. 6 dargestellt.

Der Lagerhalter umfasst ferner eine äußere Hülse 604 und eine innere Hülse 606. Zwischen der äußeren Hülse 604 und der inneren Hülse 606 ist ein Raum geschaffen, der nach unten durch einen Verbindungssteg abgedichtet ist, und der nach oben durch einen O-Ring 610 abgedichtet ist. Über einen Zulauf 612 kann Kühlmittel in den Lagerhalter zugeführt werden, welches durch einen Ablauf, der in Fig. 10 dargestellt ist, wieder aus dem Kühlungsraum herausgeführt wird. Der Ablauf ist mit 614 bezeichnet. Der Kühlungsraum 616 ist über die innere Hülse 606 mit dem inneren Lagerabschnitt verbunden, in dem bei dem in Fig. 6 dargestellten Ausführungsbeispiel zwei Kugellager angeordnet sind, nämlich, wie es in Fig. 7B in der Detailansicht dargesteilt ist, ein unteres Kugellager

701 und ein oberes Kugellager 702. Das untere Kugellager 701 hat einen rotierenden Lagerabschnitt 701a und einen festen Lagerabschnitt 701 b. Ferner hat das obere Lager

702 einen fester Lagerabschnitt 702b und einen rotierenden Lagerabschnitt 702a. Darüber hinaus ist in Fig. 7B der Befestigungsring 602 des Federabschnitts gezeigt, der mit der Motorhülle, von der ein kleiner Abschnitt bei 500 in Fig. 7B gezeigt ist, verbunden ist. Zwischen den beiden Lagern 701 und 702 befindet sich eine innere Abstandshülse 704 und eine äußere Abstandshülse 706. Die innere Abstandshülse 704 ist zwischen den rotierenden Teilen 701a, 702a der Lager angeordnet, während zwischen der äußeren Hülse und den festen Teilen 701 b, 702b ein Federring 708 und ggf. ein weiterer Federring bzw. eine Unterlegscheibe 710 angebracht ist.

Zum Zusammenbau des Lagers wird zunächst ein Element bereitgestellt, das aus der äußeren Lagerhülse 604 und der inneren Lagerhülse 606 besteht, wobei die äußere und innere Lagerhülse unten durch die Wand 608 und oben durch den O-Ring 610 miteinander gewissermaßen verbunden und abgedichtet sind. Dann wird der Lageraufbau vorgenommen. Hierzu wird zunächst das untere Kugellager 701 in die innere Lagerhülse hineingeklebt. Dieses untere Lager bildet das Festlager. Daraufhin werden die Hülsen 704, 706, und der Federring 708 und gegebenenfalls weitere Elemente wie beispielsweise die Scheibe 710 und dann das Lager 702 in die innere Hülse in der in Fig. 7B gezeigten Reihenfolge hineingebracht. Daraufhin wird mit einem speziellen Einziehwerkzeug das erste Ende 306a der Welle 306 in den bereits derart vorbereiteten Lagerhalter hineingezogen. Zwischen der Welle und den rotierenden Abschnitten 701a, 702a der Lager existiert ein Pass-Sitz, für den typischerweise keine weiteren Befestigungen benötigt werden, wie bei spielsweise Klebungen oder etwas Ähnliches.

Dann, wenn die Welle hineingezogen ist, werden die Lager befestigt, indem eine Lagerscheibe 712 durch eine Schraube 713 in einem Gewinde der Welle 306 befestigt wird. Damit werden die beiden Lager aufeinander gedrückt, wobei insbesondere die Federscheibe eine nötige Federung liefert. Durch diese Festlager/Loslager-Kombination wird sichergestellt, dass thermische Ausdehnungen der Welle ohne Weiteres aufgenommen werden können, obgleich der Abstand zwischen den beiden Kugellagern so kurz ist, dass gegebenenfalls auch mit zwei Festlagern gearbeitet werden könnte. Es wird jedoch bevorzugt, die Festlager/Loslager-Kombination, wie sie beispielsweise anhand von Fig. 7B beschrieben worden ist, zu verwenden, während andere Festlager/Loslager- Implementierungen mit anders geformten Hülsen/Federscheiben etc. ebenfalls eingesetzt werden könnten.

Fig. 7B zeigt ferner das Dämpfungssystem in Form eines Rings 714, der auch in Fig. 9 gezeigt ist und als Sternring bezeichnet werden kann. Dieser Ring 714 ist an seiner Innenkante bzw. seiner inneren Peripherie mit dem Lagerhalter 504 (in Fig. 6 oder Fig. 7A) über einen O-Ring 716 gekoppelt. Damit wird eine Bewegung zwischen der inneren Hülse 606 und dem Ring 714 ermöglicht, wobei ferner darauf hingewiesen wird, dass der Ring 714 an seiner äußeren Peripherie mit der Motorhülle 500 verbunden ist, wie es z. B. in Fig. 7A ersichtlich ist. Dadurch, dass der O-Ring jedoch ein elastisches Element ist, für das eine Kraft benötigt wird, um den O-Ring zu deformieren bzw. zu„walken“, wird die Dämpfungsfunktion der Dämpfungsanordnung geschaffen. Die Dämpfungsanordnung wird somit durch den O-Ring geschaffen, der zum einen an der inneren Hülse 606 und zum anderen an dem Befestigungsring 714 bzw. dem Sternring 714 anliegt.

Die feste Motorhülle umfasst ferner eine Motorwand 309, die, wie es in Fig. 7A gezeigt ist, mit Kühlrippen versehen sein kann oder nicht. Im Bereich der Kühlrippen, die beispiels- weise in Fig. 7A ersichtlich sind, ist der Antriebsabschnitt ausgebildet, also der Stator 308, in dem eine Wärmeentwicklung aufgrund des beträchtlichen Stromflusses durch die Statorwicklungen auftritt.

Darüber hinaus zeigt Fig. 7A weitere Aspekte des erfindungsgemäßen Elektromotors gemäß dem bevorzugten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung in Form eines Deckelelements 720, das durch Schrauben 722 an der Motorhülle 500 befestigt ist, wobei jedoch ein Leerraum zwischen dem Deckel 720 und der Schraube 713 (Fig. 7B) der Welle existiert, dahin gehend, dass der Deckel 720 die Drehung der Welle nicht stört. Andererseits hält der Deckel 720 zusammen mit einer weiteren Halterung 722 die festen Abschnitte 701 b, 702b der Lager. Ferner ist der innere Lagerbereich durch Dichtungen 724 (Fig. 7B) abgedichtet, um hermetisch dicht gegenüber Flüssigkeit und Dampf zu sein. Dies stellt sicher, dass eine für die Lager 701 , 702 benötigte Lagerschmierung möglichst lang erhalten bleibt und nicht durch Flüssigkeiten oder Arbeitsdämpfe bzw. allgemein durch die äußere Umgebung beeinflusst wird. Damit wird zum einen erreicht, dass das Lager gut geschmiert ist. Andererseits wird erreicht, dass aufgrund der Wasserkühlung eine Lagerkühlung bis in den inneren Lagerbereich hinein erhalten wird, um eine möglichst lange Standzeit zu erhalten.

Um ferner eine zusätzliche Kühlfunktionalität zu haben, und zwar in Form einer konvektiven Wellenkühlung umfasst der Befestigungsring bzw. Sternring 714 Ausnehmungen 900, die ausgebildet sind, um Gas, das um die Motorhülle 500 vorhanden ist, und zwar insbesondere Arbeitsdampf, der innerhalb des Motorgehäuses 300 von Fig. 4, Fig. 3, Fig. 2 beispielsweise vorhanden ist, entlang der Welle und des Motorspalts 307 bis zum Radialrad 304 fließen zu lassen. Darüber hinaus ist eine weitere Öffnung 902 vorgesehen, die für Kabel zur Versorgung des Stators mit Strom bzw. falls vorhanden Sensorik vorgese- hen ist. Ferner umfasst der Ring 602 ebenfalls eine Ausnehmung 904, durch die das Kabel, das bereits durch die Ausnehmung 902 verläuft, weiter nach oben herausgeführt wer- den kann. Die Kabelanordnungen sind so gewählt, dass sie außerhalb des Lagerhalters 504 verlaufen und dass insbesondere kein Kabel durch den abgedichteten hermetischen Bereich der Kugellager verläuft, der in Fig. 9 bei 908 angeordnet ist, und der dann endgül- tig abgedichtet ist, wenn der Deckel 720, der in Fig. 7A gezeigt ist, montiert ist. Die erfindungsgemäße Labyrinth-Dichtung ist bei 1010 in Fig. 7A dargestellt.

Wie es bereits dargestellt worden ist, und wie es in Fig. 10 noch einmal erläutert wird, wird das Dämpfungssystem durch den O-Ring gebildet, der zwischen dem Lagerhalter und der Motorhülle angeordnet ist, wie es insbesondere aus Fig. 7B und auch in Fig. 10 ersichtlich ist. Dadurch wird eine Relativbewegung, die jedoch gedämpft ist, zwischen dem Lagerhalter und der Motorhülle ermöglicht, die dazu führt, dass der O-Ring elastisch verformt wird.

Ferner umfasst ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung, wie es ebenfalls anhand von Fig. 7B dargelegt ist, das erste Lager 701 und das zweite Lager 702. Beide Lager sind bei einer Implementierung als Kugellager ausgeführt. Diese Lager können jedoch auch alternative ausgeführt werden, beispielsweise als Wälzlager oder etwas Ähnliches. Diese beiden Lager sind sehr nah voneinander beabstandet, was dazu führt, dass eine Starrkörperresonanz des Elektromotors unterhalb einer Betriebsdrehzahl des Motors ist. Der Elektromotor wird vorzugsweise so betrieben, dass er im Betrieb eine Betriebsdrehzahl hat, die höher als die Starrkörperresonanzen ist.

Eines der beiden Lager wird als Festlager und ein anderes der beiden Lager als Loslager ausgebildet, wobei es aufgrund der besseren Montierbarkeit bevorzugt wird, dass das untere Lager 701 , das näher an dem Radialrad 304 ist, als Festlager ausgebildet wird, während das obere Lager 702 als Loslager ausgebildet wird.

Obgleich die Federanordnung in Fig. 6 oder Fig. 9 als drei Federbeine 600 dargestellt worden ist, die sich entlang der Motorwellenachse erstrecken und somit die nötigen Federsteifigkeiten erreichen, sei darauf hingewiesen, dass auch andere Federanordnungen in Form von Spiralfedern, Blattfedern bzw. sonstigen Federn eingesetzt werden können, und dass auch Anordnungen aus Feder/Dämpfungs-Systemen eingesetzt werden können, die nicht an getrennten Positionen den Lagerhalter mit dem Gehäuse verbinden, sondern an ein und derselben Position. Wesentlich ist lediglich, dass der Lagerhalter bezüglich der Motorhülle Kipp-Bewegungen ausführen kann, wobei es ferner bevorzugt wird, dass der Lagerhalter durch die Feder bzw. Dämpfungsanordnung nicht nur axial bezüglich der Motorwelle relativ starr gehalten wird, sondern auch die radiale Position definiert, so dass Kipp-Bewegungen stattfinden, deren Zentrum innerhalb des Lagerabschnitts 343 stattfinden.

Fig. 1 1 zeigt einen schematischen Querschnitt durch eine Motorwelle 306, wie sie für bevorzugte Ausführungsformen einsetzbar ist. Die Motorwelle 306 umfasst einen schraffier- ten Kern, wie er in Fig. 1 1 dargestellt ist, der in seinem oberen Abschnitt, der den Lagerabschnitt 343 darstellt, von vorzugsweise zwei Kugellagern 398 und 399 gelagert ist. Weiter unten an der Welle 306 ist der Rotor mit Permanentmagneten 307 ausgebildet. Diese Permanentmagnete sind auf der Motorwelle 306 aufgesetzt und werden oben und unten durch Stabilisierungsbandagen 397 gehalten, die vorzugsweise aus Karbon sind. Ferner werden die Permanentmagnete durch eine Stabilisierungshülse 396 gehalten, die ebenfalls als Karbonhülse vorzugsweise ausgebildet ist. Diese Sicherungs- oder Stabilisierungshülse führt dazu, dass die Permanentmagnete sicher auf der Welle 306 bleiben und sich nicht aufgrund der sehr starken Fliehkräfte aufgrund der hohen Drehzahl der Welle von der Welle lösen können.

Vorzugsweise ist die Welle aus Aluminium ausgebildet und hat einen im Querschnitt gabelförmigen Befestigungsabschnitt 395, der eine Halterung für das Radialrad 304 darstellt, wenn das Radialrad 304 und die Motorwelle nicht einstückig, sondern mit zwei Elementen ausgebildet sind. Ist das Radialrad 304 mit der Motorwelle 306 einstückig ausgebildet, so ist der Radhalterungsabschnitt 395 nicht vorhanden, sondern dann schließt das Radialrad 304 unmittelbar an die Motorwelle an. In dem Bereich der Radhalterung 395 befindet sich auch, wie es aus Fig. 10 ersichtlich ist, das Notlager 344, das vorzugsweise ebenfalls aus Metall und insbesondere Aluminium ausgebildet ist.

Bei einer bevorzugten Ausführungsform, wie sie anhand von Fig. 7B und Fig. 8B dargestellt ist, umfasst der Elektromotor sowohl die Aspekte der konvektiven Wellenkühlung als auch der federnden Lagerung des Lagerabschnitts und auch, insbesondere wie es in Fig. 10 dargestellt worden ist, die zusätzliche Kugellager bzw. Lagerabschnitt-Kühlung mit flüssiger Arbeitsflüssigkeit. Bei dieser Ausführungsform ist die Labyrinth-Dichtung an einem Abschnitt 703 des Lagerhalters angeordnet, der den elastischen O-Ring 716 in Eingriff nimmt. Insbesondere ist die Labyrinth-Dichtung, die in Fig. 7B gemeinschaftlich durch die Elemente 101 1 , 1012, 703 angeordnet ist, zwischen dem O-Ring 716 und der Motorwelle 306 angeordnet. Der Abschnitt des Lagerhalters 703 ist einstückig mit der Labyrinth- Dichtung ausgebildet und umfasst die erste Scheibe 1012, die zweite Scheibe 101 1 und den Abstandshalter 1016, wobei der Abstandshalter an seiner vorderen Seite zu der Mo- torwelle 306 hin gerichtet ist und an seiner Rückseite den O-Ring 816 in Eingriff nimmt. Bei bevorzugten Ausführungsformen ist die Labyrinth-Dichtung 1010 aus Metall, und ins- besondere vorzugsweise aus Stahl bzw. Federstahl ausgebildet. Die Lagerschmierung umfasst Öl, Fett, Seife oder eine Mischung von wenigstens zwei der genannten Kompo- nenten. Alternativ Aspekte der vorliegenden Erfindung betreffen ferner ein Verfahren zum Herstellen eines Elektromotors mit einer Labyrinth-Dichtung und ein Verfahren zum Betreiben des Elektromotors mit der Labyrinth-Dichtung sowie eine Wärmepumpe mit einem Verflüssiger, einem Verdampfer und einem Kompressor, dessen Kompressorrad mit dem Motor angetrieben wird, wobei die Motorwelle 306 mit dem Kompressorrad 304 durch Schrauben oder andere Befestigungsmittel verbunden sein kann, oder einstückig mit dem Kompressorrad ausgebildet sein kann.

BEZUGSZEICHENLISTE

100 Wärmepumpe

102 Verdampferraum

104 Kompressorraum / Kondensatorraum

110 Kompressor

1 14 Kondensatorwand

115 Saugmund

112 komprimierter Dampf

300 Motorgehäuse

302 Leitraum

304 Kompressorrad

305 Kühlungsdampf

306 Wellenkern

307 Rotor und Permanentmagnete

308 Stator

309 Motorwand

310, 320 Gaszuführung

311 Motorspalt

312 Gebiet im Motorgehäuse

313 weiterer Spalt

314 Arbeitsdampf

322 Flüssigkeitspegel

323 Dampfraum

324 Überlauf

326 Abdichtungen

328 Flüssigkeitsbereich

330 Arbeitsmittelzulauf

343 Lagerabschnitt

344 Notlager

396 Sicherungshülse

397 Carbon-Bandage

500 Motorhülle

504 Lagerhalter

600 Federn 602 Wuchtlöcher

604 Hülse

606 Hülse

608 Wand

610 O-Ring

612 Zulauf

614 Ablauf

616 Kühlungsraum

701 Lagerelement, unteres Kugellager

701a rotierender Lagerabschnitt

701b fester Lagerabschnitt des unteren Kugellagers

702 Lagerelement, oberes Kugellager

702a rotierender Lagerabschnitt

702b fester Lagerabschnitt des oberen Kugellagers

703 fester Lagerabschnitt

704 innere Abstandshülse

705 drehbarer Lagerabschnitt

706 äußere Abstandshülse

707 Lagerschmierung

708 Federring

710 Unterlegscheibe

712 Lagerscheibe

713 Schraube

714 Ring

716 O-Ring

720 Deckelelement

722 Schrauben

724 Dichtungen

900 Ausnehmungen

902 weitere Öffnung

904 Ausnehmung

908 abgedichteter Kugellagerbereich

1000 Lagerbereich

1010 Labyrinth-Dichtung

1011 weitere Scheibe

1012 Scheibe 1013 rotierende Scheibe 1016 Abstandshalter

1050 Stromversorgung

1 100 Motorbereich