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Title:
ELECTRIC MOTOR WITH SELF-COOLING
Document Type and Number:
WIPO Patent Application WO/2008/022934
Kind Code:
A1
Abstract:
The moving parts of an electric motor are intended to be cooled more effectively and in a simple manner. For this purpose, the invention proposes an electric motor with a first motor part (1) and a second motor part, which interacts magnetically with the first motor part (1) and with respect to which the first motor part is capable of moving in two opposite movement directions (A, B). The electric motor is also equipped with a cooling system, which is fitted to the first motor part (1) and which has a cooling medium for cooling at least the first motor part. The cooling medium is moved, exclusively by means of acceleration of the first motor part (1), in one of the two opposite movement directions (A, B) in the cooling system. The movement can be triggered, for example, by the dead weight in an open cooling cycle system or else by means of a piston (23) in a closed cooling cycle system. The movement of the motor is therefore also used for pumping the coolant and additional electrical components such as fans can be dispensed with.

Inventors:
JAJTIC ZELJKO (DE)
MATSCHEKO GERHARD (DE)
Application Number:
PCT/EP2007/058324
Publication Date:
February 28, 2008
Filing Date:
August 10, 2007
Export Citation:
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Assignee:
SIEMENS AG (DE)
JAJTIC ZELJKO (DE)
MATSCHEKO GERHARD (DE)
International Classes:
H02K41/02; H02K9/19; H02K9/197; H02K9/20
Foreign References:
JPH05268759A1993-10-15
JP2002010619A2002-01-11
GB1162613A1969-08-27
US3590290A1971-06-29
Attorney, Agent or Firm:
SIEMENS AKTIENGESELLSCHAFT (München, DE)
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Claims:

Patentansprüche

1. Elektromotor mit einem ersten Motorteil (1), - einem zweiten Motorteil (2), das mit dem ersten Motorteil (1) magnetisch zusammenwirkt und gegenüber dem der erste Motorteil (1) in zwei entgegengesetzten Bewegungsrichtungen (A, B) bewegbar ist, und einem Kühlsystem, das an dem ersten Motorteil (1) ange- bracht ist und das ein Kühlmedium (6) zum Kühlen mindestens des ersten Motorteils (1) aufweist, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass das Kühlmedium (6) ausschließlich durch Beschleunigung des ersten Motorteils (1) in eine der zwei entgegenge- setzten Bewegungsrichtungen (A, B) in dem Kühlsystem bewegbar ist.

2. Elektromotor nach Anspruch 1, der als Linearmotor ausgebildet ist, wobei das erste Motorteil (1) das Primärteil ist, in/an dem ein Kühlrohr (3, 11) des Kühlsystems angeordnet ist .

3. Elektromotor nach Anspruch 1 oder 2, wobei das Kühlsystem ein Kühlrohr (3, 11) mit mindestens einem Sperrventil (17, 18, 21, 22) aufweist, durch das das Kühlmedium (6) nur in eine Richtung hindurchdringen kann.

4. Elektromotor nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das Kühlsystem in sich geschlossen ist.

5. Elektromotor nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das Kühlsystem in einem Kühlrohr (3, 11) oder Behälter einen Kolben (23) aufweist, dessen Dichte (p k , p M , p w ) von der des Kühlmediums (6) abweicht.

6. Elektromotor nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei in einem Abschnitt des Kühlsystems ein Körper (23) , dessen Dichte (p k , p M , p w ) von der des Kühlmediums (6) abweicht,

mit Hilfe einer den Innenquerschnitt des Abschnitts zumindest größtenteils abdeckende Membran (24) befestigt ist.

7. Elektromotor nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wo- bei das Kühlsystem mindestens einen Ausgleichsbehälter (12) aufweist, in dem sich neben dem flüssigen Kühlmedium (6) ein gasförmiges Ausgleichsmedium befindet.

8. Elektromotor nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wo- bei das Kühlsystem zwei parallel verlaufende, ineinander mündende Rohrabschnitte (19, 20) mit jeweils einem Sperrventil

(17, 18, 21, 22) aufweist, wovon beide Ventile entweder zur Mündung oder von der Mündung weg gerichtet sind, so dass das Kühlmedium (6) bei einer Bewegungsrichtung (A, B) des ersten Motorteils nur in dem einen Rohrabschnitt und bei entgegengesetzter Bewegungsrichtung (A, B) des ersten Motorteils (1) nur in dem anderen Rohrabschnitt fließt.

9. Elektromotor nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wo- bei das Kühlsystem einen Druckbehälter (26) und einen daran angeschlossenen Ausdehnungsabschnitt (28) aufweist und dabei ein zu kühlender Abschnitt des ersten Motorteils von dem Ausdehnungsabschnitt (28) gekühlt wird.

10. Verfahren zum Kühlen eines Elektromotors mit einem ersten Motorteil (1) und einem zweiten Motorteil (2), das mit dem ersten Motorteil (1) magnetisch zusammenwirkt und gegenüber dem der erste Motorteil (1) in zwei entgegengesetzten Bewegungsrichtungen (A, B) bewegbar ist, sowie mit einem Kühlsys- tem, das an dem ersten Motorteil (1) angebracht ist und das ein Kühlmedium (6) zum Kühlen mindestens des ersten Motorteils (1) aufweist, durch

Beschleunigen des ersten Motorteils (1) gegenüber dem zweiten Motorteil (2) in einer der zwei entgegengesetzten Bewegungsrichtungen (A, B) , g e k e n n z e i c h n e t durch

Bewegen des Kühlmediums (6) in dem Kühlsystem ausschließlich durch die Beschleunigung des ersten Motorteils (1) .

11. Verfahren nach Anspruch 8, wobei das Kühlmedium (6) bei Beschleunigung des ersten Motorteils (1) in einer Bewegungsrichtung (A, B) in einem Kühlrohr (3, 11) fließt und bei Bewegung des ersten Motorteils in die entgegengesetzte Bewe- gungsrichtung (A, B) gesperrt wird.

12. Verfahren nach Anspruch 8 oder 9, wobei das Kühlmedium (6) durch einen Kolben (23) in Bewegung gesetzt wird, der sich bei Beschleunigung des ersten Motorteils (1) in dem Kühlmedium (6) verschiebt.

Description:

Beschreibung

Elektromotor mit Selbstkühlung

Die vorliegende Erfindung betrifft einen Elektromotor mit einem ersten Motorteil, einem zweiten Motorteil, das mit dem ersten Motorteil magnetisch zusammenwirkt und gegenüber dem der erste Motorteil in zwei entgegengesetzten Bewegungsrichtungen bewegbar ist, und einem Kühlsystem, das an dem ersten Motorteil angebracht ist und das ein Kühlmedium zum Kühlen mindestens des ersten Motorteils aufweist. Darüber hinaus betrifft die vorliegende Erfindung ein entsprechendes Verfahren zum Kühlen eines Elektromotors.

Elektromotoren werden zur Steigerung der Ausnutzung mit Kühlsystemen versehen. Dabei sollte nicht nur der stehende Teil des Motors, sondern auch der bewegte Teil gekühlt werden. Im Falle eines rotatorischen Motors ist dies der Rotor und im Falle eines Linearmotors ist dies üblicherweise das Primär- teil.

Die Kühlung mit Flüssigkeiten ist deutlich effizienter als die Kühlung mit Luft oder anderen Gasen. Das jeweils verwendete Kühlmedium wird beispielsweise mit Hilfe eines Ventila- tors oder eines Förderrads durch Kühlrohre des Kühlsystems gefördert. Dabei wird auch unterschieden, ob es sich um Eigenbelüftung oder Fremdbelüftung handelt. Im letzteren Fall wird nicht die Leistung des Motors zur Belüftung verwendet.

Andere Möglichkeiten der Entwärmung bestehen in der Ausnutzung von reiner Konvektion oder Strahlung. Darüber hinaus werden auch so genannte Heatpipes und Thermospipes zur Entwärmung eingesetzt.

Gerade bei den bewegten Teilen des Motors ist es jedoch schwierig, die jeweiligen Kühlaggregate anzubringen beziehungsweise zu verbinden. Daher wird vielfach auf eine Kühlung

des bewegten Teils des Motors verzichtet, was jedoch Leistungseinbußen bedeutet.

Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht somit darin, ein einfaches und leicht handhabbares Kühlsystem insbesondere für den bewegten Teil eines Motors bereitzustellen.

Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe gelöst durch einen Elektromotor mit einem ersten Motorteil, einem zweiten Motorteil, das mit dem ersten Motorteil magnetisch zusammenwirkt und gegenüber dem der erste Motorteil in zwei entgegengesetzten Bewegungsrichtungen bewegbar ist, und einem Kühlsystem, das an dem ersten Motorteil angebracht ist und das ein Kühlmedium zum Kühlen mindestens des ersten Motorteils aufweist, wobei das Kühlmedium ausschließlich durch Beschleunigung des ersten Motorteils in eine der zwei entgegengesetzten Bewegungsrichtungen in dem Kühlsystem bewegbar ist.

Ferner wird erfindungsgemäß bereitgestellt ein Verfahren zum Kühlen eines Elektromotors mit einem ersten Motorteil und einem zweiten Motorteil, das mit dem ersten Motorteil magnetisch zusammenwirkt und gegenüber dem der erste Motorteil in zwei entgegengesetzten Bewegungsrichtungen bewegbar ist, sowie mit einem Kühlsystem, das an dem ersten Motorteil ange- bracht ist und das ein Kühlmedium zum Kühlen mindestens des ersten Motorteils aufweist, durch Beschleunigen des ersten Motorteils gegenüber dem zweiten Motorteil in einer der zwei entgegengesetzten Bewegungsrichtungen und Bewegen des Kühlmediums in dem Kühlsystem ausschließlich durch die Beschleuni- gung des ersten Motorteils.

In vorteilhafter Weise ist so die Entwärmung eines bewegten Motorteils auf sehr einfache Weise möglich, denn die Beschleunigung des Motorteils wird zur Bewegung des Kühlmediums mitgenutzt. Daher ist kein spezieller Antrieb zur Bewegung des Kühlmediums notwendig.

Vorzugsweise ist der Elektromotor als Linearmotor ausgebildet, wobei das bewegliche, erste Motorteil vorzugsweise das Primärteil ist, in/an dem ein Kühlrohr des Kühlsystems angeordnet ist. Dabei wird die Hin- und Herbewegung des Linearmo- torprimärteils ausgenutzt, um dieses zu kühlen.

Darüber hinaus kann das Kühlsystem ein Kühlrohr mit mindestens einem Rückschlag- bzw. Sperrventil aufweisen, durch das das Kühlmedium nur in einer Richtung hindurchdringen kann. Hierdurch kann die Effizienz eines Kühlsystems gesteigert werden .

Besonders vorteilhaft ist auch, wenn das Kühlsystem in sich geschlossen ist. Dadurch kann vermieden werden, dass bei- spielsweise beim Kühlen eines bewegten Teils des Motors Anschlüsse nach außen vorgesehen werden müssen, wenn das Kühlsystem insgesamt an dem bewegten Teil des Motors angeordnet ist .

Ferner kann das Kühlsystem in einem Kühlrohr oder Behälter einen Kolben aufweisen, dessen Dichte von der des Kühlmediums abweicht. Der Kolben wird dann bei der Beschleunigung des ersten Motorteils in dem Kühlmedium bewegt. Dadurch können insbesondere auch symmetrische Kühlsysteme aufgebaut werden. Außerdem kann der Kolben zur Steigerung des Durchflusses an Kühlmedium verwendet werden.

Das Kühlsystem kann weiterhin mindestens einen Ausgleichsbehälter aufweisen, in dem sich neben dem flüssigen Kühlmedium ein gasförmiges Ausgleichsmedium befindet. Dabei kann zur Beförderung des Kühlmediums neben der Beschleunigung des ersten Motorteils auch die Gravitation mit verwendet werden.

Bei einer speziellen Ausführungsform weist das Kühlsystem zwei parallel verlaufende, ineinander mündende Rohrabschnitte mit jeweils einem Sperrventil auf, wovon beide Ventile entweder zur Mündung oder von der Mündung weggerichtet sind, so dass das Kühlmedium bei einer Bewegungsrichtung des ersten

Motorteils nur in dem einen Rohrabschnitt und bei entgegengesetzter Bewegungsrichtung des ersten Motorteils nur in dem anderen Rohrabschnitt fließt. Auf diese Weise kann die Beschleunigung des ersten Motorteils nicht nur in einer Rich- tung, sondern in beiden Richtungen ausgenutzt werden.

Anstelle eines freibeweglichen Kolbens kann in einem Abschnitt des Kühlsystems auch ein Körper, dessen Dichte von der des Kühlmediums abweicht, mit Hilfe einer den Innenquer- schnitt des Abschnitts zumindest größtenteils abdeckende Membran befestigt sein. Bei Beschleunigung wird dann die Membran durch den Körper ausgelenkt, wodurch das Kühlmedium durch das Kühlsystem befördert wird.

Des Weiteren kann das Kühlsystem einen Druckbehälter und einen daran angeschlossenen Ausdehnungsabschnitt aufweisen und dabei ein zu kühlender Abschnitt des ersten Motorteils von dem Ausdehnungsabschnitt gekühlt wird. Wenn Kühlmedium aus dem Druckbehälter sich dann in dem Ausdehnungsabschnitt aus- dehnt, werden zusätzlich thermodynamische Kühleffekte ausgenutzt .

Die vorliegende Erfindung wird nun anhand der beigefügten Zeichnungen näher erläutert, in denen zeigen:

FIG 1 einen erfindungsgemäßen Linearmotor gemäß einer einfachen, ersten Ausführungsform im Querschnitt;

FIG 2 einen Linearmotor mit geschlossenem Kühlsystem am Pri- märteil;

FIG 3 eine Prinzipskizze eines wassergekühlten Linearmotors mit Kühlleitungen, die mit Sperrventilen versehen sind gemäß einer dritten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;

FIG 4 eine Prinzipskizze eines wassergekühlten Linearmotors mit einem Kolben im Kühlsystem gemäß einer vierten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung und

FIG 5 eine Prinzipskizze eines wassergekühlten Linearmotors mit zusätzlicher thermodynamischer Kühlung gemäß einer fünften Ausführungsform.

Die nachfolgend näher geschilderten Ausführungsbeispiele stellen bevorzugte Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung dar.

In FIG 1 ist ein sehr einfaches Beispiel eines wassergekühlten Primärteils 1 eines Linearmotors dargestellt. Das Primär- teil 1 bewegt sich entsprechend dem Pfeil A über dem Sekundärteil 2 des Linearmotors in der Zeichnung nach rechts oder gemäß dem Pfeil B nach links. Parallel zu den Bewegungsrichtungen A, B befindet sich im Primärteil 1 zur Kühlung der Spulen ein Kühlrohr 3. Auf der linken Seite des Primärteils 1 befindet sich ein Kühlmittelbehälter 4 und auf der rechten

Seite ein Kühlmittelbehälter 5. Das Kühlrohr 3 steht mit beiden Kühlmittelbehältern 4, 5 in Flüssigkeitsverbindung. Der Pegel des Kühlmittels 6 befindet sich in beiden Kühlmittelbehältern 4, 5 oberhalb des Kühlrohrs 3. Somit sind nicht nur die Kühlmittelbehälter 4, 5, sondern auch das Kühlrohr 3 mit dem Kühlmedium 6 gefüllt.

Das Kühlrohr 3 ist bestmöglich an die Spulen des Primärteils 1 thermisch angekoppelt. Dies erfolgt beispielsweise durch Einpressen in das Gehäuse des Primärteils.

Wird nun das Primärteil 1 in Richtung A beschleunigt, so strömt die Kühlflüssigkeit 6 aufgrund der Beschleunigung durch das Kühlrohr 3 in Richtung B, so dass sich der Kühlmit- telbehälter 4 immer mehr füllt und der Kühlmittelbehälter 5 immer mehr leert. Im anderen Fall, dass das Primärteil 1 in Richtung B nach links beschleunigt wird, strömt die Kühlflüssigkeit in dem Kühlrohr 3 nach rechts, so dass der rechte

Kühlmittelbehälter 5 gefüllt und der linke Kühlmittelbehälter 4 geleert wird. Durch das Strömen der Kühlflüssigkeit 6 im Kühlrohr 3 wird das Primärteil 1 besser entwärmt. Der Kühlmittelstrom bricht ab, wenn keine Beschleunigung des Primär- teils 1 mehr erfolgt. Wenn keine Beschleunigung mehr vorliegt verbraucht der Linearmotor aber auch entsprechend weniger o- der keine elektrische Energie mehr. Zur Entwärmung der Kühlflüssigkeit 6 sind an die Kühlmittelbehälter 4 und 5 Kühlkörper beziehungsweise Wärmetauscher 7, 8 angebracht, die die Wärme an die Umgebung abgeben.

FIG 2 zeigt eine weiter entwickelte, zweite Ausführungsform eines Linearmotors mit autonomem Kühlsystem ebenfalls im Längsschnitt. Der Aufbau des Elektromotors ist im Wesentli- chen ähnlich dem von FIG 1. Bei dieser zweiten Ausführungsform ist das Kühlmittelsystem jedoch geschlossen. Speziell sind die einzelnen Kühlmittelbehälter 4 und 5 abgedeckt und über eine Luftbrücke 9 miteinander verbunden. In dem Beispiel von FIG 2 wird das Primärteil 1 in Richtung A nach rechts be- schleunigt. Daher strömt in dem Kühlrohr 3 die Kühlflüssigkeit 6, z. B. Wasser, gemäß dem eingezeichneten Pfeil nach links. In der Luftbrücke 9 hingegen strömt die Luft zum Ausgleich nach rechts von dem linken Kühlmittelbehälter 4 in den rechten Kühlmittelbehälter 5. Bei umgekehrter Beschleunigung in Richtung B sind die Strömungsrichtungen im Kühlrohr 3 und in der Luftbrücke 9 entsprechend umgekehrt. Darüber hinaus sorgt die Gravitation für einen Ausgleich der Pegel in den beiden Kühlmittelbehältern 4, 5.

Zur Verbesserung der Kühlleistung lässt sich das Kühlprinzip von FIG 2 (geschlossenes Kühlsystem) entsprechend FIG 3 weiter entwickeln. In dieser Zeichnung ist wiederum ein Primärteil 1 angedeutet, das in die Richtungen A und B beschleunigt wird. Auf die Darstellung eines Sekundärteils ist hier ver- ziehtet. In dem Primärteil 1 sind Spulen 10 angeordnet, die eine gewisse Verlustleistung besitzen. Die daraus resultierende Wärme wird an ein senkrecht zu den Bewegungsrichtungen A, B angeordnetes Kühlrohr 11 geleitet. Die Kühlflüssigkeit 6

stammt aus einem Flüssigkeitsbehälter 12, der am oberen Ende des Kühlrohrs 11 angeordnet ist und mit diesem in Verbindung steht .

Die Kühlflüssigkeit 6 fließt in dem Kühlrohr 11 nach unten und durchströmt unterhalb des Primärteils 1 einen luftgekühlten Wärmetauscher 13. Unterhalb des Wärmetauschers 13 verzweigt sich das Kühlrohr 11 in einen ersten Kühlrohrabschnitt 14 in Richtung A und in einen zweiten Kühlrohrabschnitt 15 in Richtung B. Beide Kühlrohrabschnitte 14, 15 münden an Punkten P2 bzw. P4 in einen unteren Flüssigkeitsbehälter 16. Darüber hinaus sind beide Kühlrohrabschnitte 14, 15 mit Rückschlagbzw. Sperrventilen 17, 18 versehen, die nur ein Einströmen der Kühlflüssigkeit von dem jeweiligen Kühlrohrabschnitt 14, 15 in den unteren Flüssigkeitsbehälter 16 erlauben.

Am äußersten linken Ende (Punkt Pl) und am äußersten rechten Ende (Punkt P3) des Flüssigkeitsbehälters 16 sind jeweils Steigrohre 19, 20 angeordnet. Beide Steigrohre sind mit Sperrventilen 21, 22 versehen, so dass die Kühlflüssigkeit 6 ausschließlich von dem unteren Flüssigkeitsbehälter 16 in die Steigrohre 19, 20 fließen kann. Die beiden Steigrohre 19, 20 münden in den oberen Flüssigkeitsbehälter 12. Der obere Flüssigkeitsbehälter 12 ist nicht vollständig mit Kühlflüssigkeit 6 gefüllt, sondern teilweise mit Luft oder einem anderen Gas.

Bei einer Beschleunigung des Primärteils 1 samt des 2-Wege- Kühlsystems in Richtung A steigt der Druck am Punkt Pl, wo das linke Steigrohr 20 an den unteren Flüssigkeitsbehälter 16 angebracht ist. Dementsprechend steigt die Kühlflüssigkeit 6 in dem Steigrohr 20 nach oben und wird in den oberen Flüssigkeitsbehälter 12 geleitet. Gleichzeitig entsteht an dem Punkt P2 im unteren Flüssigkeitsbehälter 16 gegenüber dem Punkt Pl ein deutlicher Unterdruck, so dass Kühlflüssigkeit von dem oberen Flüssigkeitsbehälter 6 durch das Kühlrohr 11 und den Kühlrohrabschnitt 14 in den unteren Flüssigkeitsbehälter 16 nachfließt. Der entsprechende Kühlflüssigkeitsstrom ist mit WA bezeichnet.

Im anderen Fall, dass das Primärteil 1 samt dem Kühlsystem in Richtung B beschleunigt wird, steigt der Druck im Punkt P3, wo das rechte Steigrohr 19 an den unteren Flüssigkeitsbehälter 16 angekoppelt ist. Gleichzeitig sinkt der Druck am Punkt P4, wo der linke Kühlrohrabschnitt 15 in den unteren Flüssigkeitsbehälter 16 mündet. Daher kommt es zu dem eingezeichneten Kühlmittelstrom WB durch den linken Kühlrohrabschnitt 15 und das rechte Steigrohr 19. Bei einer Hin- und Herbewegung des Linearmotors wird also ständig Flüssigkeit in den oberen Flüssigkeitsbehälter 12 gepumpt und strömt von dort nach unten durch das Primärteil 1, so dass dieses entwärmt werden kann .

Eine dritte Ausführungsform eines wassergekühlten Linearmo- torprimärteils ist in FIG 4 dargestellt. Der Aufbau ähnelt dem von FIG 3. Das Primärteil 1 mit seiner Spule 10 gibt Wärme an ein vertikal angeordnetes Kühlrohr 11 ab. Der darunter liegende Wärmetauscher 13 entnimmt die Wärme dem Kühlrohr 11. Anschließend teilt sich das Kühlrohr wiederum in die Kühl- rohrabschnitte 14 und 15 mit den Sperrventilen 17 und 18. Die Kühlrohrabschnitte 14, 15 münden in den unteren Wasserbehälter 16, an dessen äußeren Enden die Steigrohre 19, 20 empor steigen, die ebenfalls mit Sperrventilen 21 und 22 versehen sind. Die beiden Steigrohre 19, 20 münden gemeinsam in das Kühlrohr 11, ohne dass hier ein Flüssigkeitsbehälter dazwischen geschaltet wäre. Damit ergibt sich ein geschlossenes Kreislaufsystem mit einem einzigen Behälter, welches vollständig mit Kühlflüssigkeit beziehungsweise Wasser gefüllt ist .

In dem Flüssigkeitsbehälter 16, der beispielsweise rohrförmig ausgebildet ist, befindet sich ein Kolben 23. Dieser Kolben 23 besitzt eine Dichte p k , während die Dichte der Kühlflüssigkeit beziehungsweise des Wassers p w beträgt.

Für das nachfolgende Funktionsbeispiel sei angenommen, dass p k > p w . Wird nun das Primärteil 1 einschließlich des Kühlkreislaufs in Richtung A beschleunigt, so bewegt sich der

Kolben 23, dessen Dichte größer als die der Kühlflüssigkeit ist, nach links (für p k < p w nach rechts), so dass die Kühlflüssigkeit in das Steigrohr 20 gedrückt wird, da sie aufgrund des Sperrventils 18 nicht in den Kühlrohrabschnitt 15 eindringen kann. Gleichzeitig entsteht ein Unterdruck in dem Behälterraum rechts des Kolbens, so dass die Kühlflüssigkeit durch das Kühlrohr 11 und den rechten Kühlrohrabschnitt 14 entsprechend dem Flüssigkeitsstrom WA fließt.

Falls das Primärteil 1 hingegen in Richtung B nach links beschleunigt wird, bewegt sich der Kolben 23 nach rechts und drückt die Flüssigkeit ins rechte Steigrohr 19, durch das Kühlrohr 11 und den linken Kühlrohrabschnitt 15 zurück in den linken Teil des Kühlflüssigkeitsbehälters 16.

Auch bei diesem geschlossenen Kühlkreislaufsystem wird also abhängig von der Beschleunigungsrichtung entweder der Kühl- mittelkreislauf WA oder der Kühlmittelkreislauf WB in Bewegung gesetzt. Beide sorgen für die Durchströmung des Primär- teils und somit für dessen Entwärmung .

Das Kühlsystem des Beispiels von FIG 4 wurde bislang als vertikales System mit Steigrohren entsprechend dem Beispiel von FIG 3 betrachtet. Das geschlossene Kreislaufsystem des vier- ten Ausführungsbeispiels funktioniert aber ebenso, wenn die in FIG 4 gezeichneten Rohre horizontal angeordnet sind. Auch in dem Fall bewegt sich der Kolben 23 bei einer Beschleunigung in einer der Richtungen A, B und fördert hierdurch das Kühlmittel.

Ein fünftes Ausführungsbeispiel eines wassergekühlten Linearmotors mit geschlossenem Kühlkreislauf ist in FIG 5 schematisch wiedergegeben. Der Aufbau entspricht im Wesentlichen dem von FIG 4, weshalb auf eine Beschreibung der Einzelkompo- nenten, die unverändert sind, verzichtet wird. Eine erste wesentliche änderung gegenüber dem vierten Ausführungsbeispiel besteht darin, dass anstelle des Kolbens 23 eine Membran 24, an der eine Masse bzw. ein Körper 25 befestigt ist, in dem

Flüssigkeitsbehälter 16 angeordnet ist. Das Bewegungsprinzip des Körpers 25 ist das gleiche wie das des Kolbens 23 von FIG 4. Der Körper 25 besitzt nämlich Dichte p M , die sich von der Dichte p w des Wassers beziehungsweise der Flüssigkeit unter- scheidet. Ist die Dichte p M des Körpers 25 größer als die Dichte p w der Kühlflüssigkeit, so bewegt er sich bei einer Beschleunigung in Richtung A in die entgegengesetzte Richtung B. Ist die Dichte p M des Körpers 25 hingegen geringer als die Dichte p w der Kühlflüssigkeit, so bewegt er sich bei einer Beschleunigung des Primärteils 1 in Richtung A ebenfalls in die Richtung A. Bei einer Beschleunigung des Primärteils 1 in Richtung B erfolgen die umgekehrten Bewegungen des Körpers 25.

Die Membran 24 wird entsprechend der Bewegung des Körpers 25 ausgelenkt. Da sie den Flüssigkeitsbehälter 16 in eine linke und eine rechte Hälfte trennt, die miteinander nicht in Flüssigkeitsverbindung stehen, wird bei einer Beschleunigung des Primärteils 1 je nach Richtung wieder einer der beiden Kühl- kreisläufe WA oder WB entsprechend dem Beispiel von FIG 4 angestoßen.

Eine weitere wesentliche änderung des fünften Ausführungsbeispiels gegenüber dem vierten Ausführungsbeispiel besteht dar- in, dass das zentrale Kühlrohr 11 hier durch einen Druckbehälter 26, einer Engstelle 27 im Rohr und einem Ausdehnungsabschnitt 28 ersetzt ist. Durch diesen Druckbehälter 26 mit dem anschließenden Ausdehnungsabschnitt 28 wird zur Kühlung das thermodynamische Prinzip ausgenutzt, dass sich ein Medium bei der Entspannung abkühlt, z. B. durch Verdampfung der Kühlflüssigkeit .

Die Funktion des in FIG 5 dargestellten geschlossenen Kühlkreislaufsystems lässt sich wie folgt skizzieren. Durch die Beschleunigung des Primärteils 1 beispielsweise bei einer

Hin- und Herbewegung wirkt die Membran 24 an die der Körper 25 montiert ist wie eine Pumpe und pumpt Kühlflüssigkeit in den Druckbehälter 26. Dort steigt die Temperatur auf einen

Wert Tl und der Druck auf einen Wert pl . Der Wärmetauscher 13 ist wegen der erhöhten Temperatur an den Druckbehälter 26 thermisch gekoppelt. Dadurch steigt der Wirkungsgrad bei der Entwärmung der Kühlflüssigkeit. Die Kühlflüssigkeit dringt durch die Engstelle 27 in den Ausdehnungsabschnitt 28, wo sie sich entsprechend einer polytropen Zustandsänderung ausdehnen kann und vorzugsweise verdampft. Dabei sinkt der Druck auf den Wert p2 ab. Ebenso sinkt die Temperatur auf eine Temperatur T2. An diesen Ausdehnungsabschnitt 28 ist das Primärteil 1 beziehungsweise eine Spule 10 thermisch gekoppelt. Da der Ausdehnungsabschnitt 28 eine niedrigere Temperatur T2 besitzt, ist seine Entwärmung entsprechend wirkungsvoller.

Zur Verbesserung der Entwärmung kann es unter Umständen von Vorteil sein, die Ventile 21, 22 nicht unmittelbar an den

Druckbehälter 26, sondern in der Nähe des Flüssigkeitsbehälters 16 wie im Beispiel von FIG 3 zu legen. Dann besitzt die Flüssigkeit in den äußeren Rohren beziehungsweise Steigleitungen 20, 21 auch die hohe Temperatur Tl, so dass dort eine zusätzliche Entwärmung an die Umgebung durchgeführt werden kann.

Die oben angeführten Ausführungsbeispiele sind teilweise als 2 -Weg-Systeme dargestellt, die bei Beschleunigungen in beiden Richtungen Pumpwirkung zeigen. Die Kühlsysteme können jedoch auch als Ein-Weg-Systeme ausgeführt werden, wobei das Kühlmittel nur bei Beschleunigung in eine Richtung gepumpt wird. Darüber hinaus können die Systeme auch mit mehreren parallel verlaufenden, gegebenenfalls gegenläufig durchströmten Rohren ausgestattet werden, um den Kühleffekt zu verbessern. Generell können sämtliche Einzelelemente der Kühlsysteme wie Kolben, Membran, thermodynamische Elemente usw. beliebig miteinander kombiniert werden, um einen entsprechenden Kühlkreislauf zu gewinnen.

Die vorgestellten geschlossenen Kühlsysteme haben insbesondere bei sogenannten Pick & Place-Maschinen Vorteile, wo übliche Wasserkühlungen unerwünscht sind, da diese Maschinen per-

manent in Bewegung sind und damit das Kühlmittel ständig pumpen. Hierdurch können zusätzliche elektrische Bauteile wie Luftventilatoren und dergleichen eingespart werden. Trotzdem lässt sich die Wärme effektiv vom Motor abtransportieren.

Dargestellte Beispiele gelten für Beschleunigung bei Linearbewegung. Das gleiche Prinzip lässt sich bei rotatorischen Motoren anwenden, indem die Winkelbeschleunigung des Rotors ausgenutzt wird.