Liquid-free cooling of motor spindle shafts

Autor: Heinrich Klemme

ISBN: 978-3-95900-786-3

Dissertation, Leibniz Universität Hannover, 2023

Herausgeber der Reihe: Berend Denkena

Band-Nr.: IFW 15/2022

Umfang: 194 Seiten, 100 Abbildungen

Schlagworte: Motorspindel, Wellenkühlung, Konvektion, Wärmetauscher, Wärmerohre

Kurzfassung: Wärmeentwicklung reduziert die Leistungsfähigkeit von Motorspindeln. Insbesondere die Erwärmung der Welle führt zu unerwünschten Effekten. Zur Kühlung der Welle existieren flüssigkeitsbasierte Kühlsysteme, die jedoch teuer und anfällig gegenüber Leckage sind. Ist eine Spindel nicht mit solch einem Kühlsystem ausgestattet, wird die Welle gänzlich nicht gezielt gekühlt. Hierdurch kann das Potential der Spindel nicht vollständig genutzt werden. In dieser Arbeit wird daher ein Konzept zur Wellenkühlung ohne Flüssigkeiten erforscht. Dabei wird Wärme von einer rotierenden, lamellenförmigen auf eine nichtrotierende Struktur durch einen engen Luftspalt übertragen. Zur Steigerung des Kühleffekts werden Wärmerohre in die Welle integriert. Potentiale zur Optimierung der Wärmetauscher sowie der Wärmerohre werden experimentell und simulativ erforscht. Die dabei ermittelten wärmeübertragungsbeschreibenden Größen dienen als Eingangsgrößen für thermische Simulationen zur Optimierung einer Spindelkonstruktion. Es wurden zwei Spindeln mit Wellenkühlsystem prototypisch umgesetzt. Das Potential des Kühlkonzepts wird experimentell analysiert.