DE102009045844B4

DE102009045844B4 - Elektromaschine

Info

Publication number: DE102009045844B4
Application number: DE102009045844.1A
Authority: DE
Inventors: Denis Kern; Andreas Herzberger
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 2009-10-20
Filing date: 2009-10-20
Publication date: 2024-04-04
Anticipated expiration: 2029-10-21
Also published as: DE102009045844A1

Abstract

Elektromaschine (1), umfassend- ein Gehäuse (5) mit einem an dem Gehäuse (5) ausgebildeten Kanal (9) als Strömungsraum (10) zur Leitung eines Kühlfluides,- eine Welle (4),- einen Stator (2),- einen an der Welle (4) angeordneten Rotor (3),- ein den Strömungsraum (10) teilweise abdeckendes Sprühteil (11) mit Öffnungen (12) zur Zuführung des Kühlfluides aus dem Strömungsraum (10) durch die Öffnungen (12) zu dem Stator (2) und/oder dem Rotor (3), wobeidas Sprühteil (11) ohne ein gesondertes Befestigungsbauteil form- und/oder kraftschlüssig an dem Gehäuse (5) befestigt ist undder Werkstoff des Sprühteils (11), aus dem das Sprühteil (11) wenigstens teilweise, insbesondere vollständig, besteht, eine kleinere Dichte als 7,9 g/cm3aufweist,dadurch gekennzeichnet, dassdas Sprühteil (11) an einem, insbesondere ringförmigen, Vorsprung (16) des Gehäuses (5) formschlüssig befestigt ist und der Vorsprung (16) mittels einer plastischen Verformung des Gehäuses (5) gebildet ist.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Electromaschine gemaß dem Obergriff der Ansprüche 1 und 2 und ein Verfahren zur Herstellung einer Elektromaschine.
Stand der Technik
Elektromaschinen werden als Generatoren oder Elektromotoren für verschiedene technische Anwendungen eingesetzt. Eine Elektromaschine umfasst im Allgemeinen ein Gehäuse, in dem ein Stator und ein an einer Welle angeordneter Rotor angeordnet sind. Zur Kühlung des Stators, d. h. im Wesentlichen der Wicklungen des Stators und des Rotors, wird im Allgemeinen ein Kühlfluid, insbesondere Öl, eingesetzt.
In das Gehäuse, das im Allgemeinen mehrteilig ist, wird dabei an einem Teil des Gehäuses ein Kanal eingearbeitet. Der Kanal dient zur Leitung des Kühlfluides als Strömungsraum und ist von einer Seite von dem Gehäuse und auf einer anderen Seite von einem Sprühteil begrenzt. Das Sprühteil weist dabei Öffnungen oder Düsen auf, durch die das Kühlfluid aus dem Strömungsraum durch die Öffnungen strömt und zu dem Stator und Rotor zum Kühlen geleitet oder aufgespritzt wird. Zur Herstellung eines fluiddichten Strömungsraumes zwischen dem Gehäuse und dem Sprühteil ist es erforderlich, dass das Sprühteil am Gehäuse, beispielsweise einem Gehäusedeckel oder einem Lagerschild, befestigt wird. Das Sprühteil, beispielsweise eine Sprühplatte, wird dabei mittels Schrauben oder Sicherungsringen an dem Gehäuse, beispielsweise einem Gehäusedeckel oder einem Lagerschild, befestigt bzw. fixiert. Die Abdichtung des Strömungsraumes erfolgt dabei durch die Anordnung von O-Ringdichtungen zwischen dem Sprühteil und dem Gehäuse. In nachteiliger Weise sind damit gesonderte Befestigungsbauteile, d. h. Schrauben oder Sicherungsringe, erforderlich, um das Sprühteil an dem Gehäuse befestigen zu können. Bei der Herstellung der Elektromaschine sind somit zahlreiche und aufwendige Fertigungsschritte erforderlich, nämlich beispielsweise das Befestigen der Schrauben oder Sicherungsringe sowie das Herstellen von Gewinden an dem Gehäuse.
Das Gehäuse und das Sprühteil sind im Allgemeinen aus Stahl hergestellt. In nachteiliger Weise weist damit das Gehäuse aufgrund der hohen Dichte von Stahl ein großes Gewicht auf und ferner müssen in aufwendiger Weise in das Sprühteil die Öffnungen bzw. Düsen eingearbeitet werden, beispielsweise indem diese gefräst oder gebohrt werden.
Die EP 1 215 418 B1 zeigt eine Schmier- und Kühlanordnung für eine Elektromaschine, die auch ein Getriebe aufweist. Ein Sprühring als Sprühteil mit Öffnungen ist dabei an einem Gehäuse befestigt. Der Sprühring verschließt dabei eine Austragskammer, welche sich zwischen dem Gehäuse und dem Sprühring bildet. Durch die Austragskammer kann somit Kühlfluid durch die Öffnungen in dem Sprühring auf den Stator der Elektromaschine aufgesprüht werden. In das Gehäuse ist eine Nut eingearbeitet, in der ein Befestigungsring angeordnet ist. Mittels des Befestigungsringes ist der Sprühring somit formschlüssig an dem Gehäuse befestigt. Der Befestigungsring stellt somit ein gesondertes Befestigungsbauteil dar.
Aus der EP 2 242 164 A1 , JP 2007-312569 A , US4 517 479 A , US 3 648 085 A , DE 695 05 813 T2 und US 5 682 074 A ist eine Elektromaschine bekannt, die ein Gehäuse mit einem an dem Gehäuse ausgebildeten Kanal als Strömungsraum zur Leitung eines Kühlfluides, eine Welle, einen Stator, einen an der Welle angeordneten Rotor, ein den Strömungsraum teilweise abdeckendes Sprühteil mit Öffnungen zur Zuführung des Kühlfluides aus dem Strömungsraum durch die Öffnungen zu dem Stator und/oder dem Rotor umfasst. Dabei ist das Sprühteil ohne ein gesondertes Befestigungsbauteil form- und/oder kraftschlüssig an dem Gehäuse befestigt.
Offenbarung der Erfindung
Vorteile der Erfindung
Erfindungsgemäße Elektromaschine, umfassend ein Gehäuse mit einem an dem Gehäuse ausgebildeten Kanal als Strömungsraum zur Leitung eines Kühlfluides, eine Welle, einen Stator, einen an der Welle angeordneten Rotor, ein den Strömungsraum teilweise abdeckendes Sprühteil mit Öffnungen zur Zuführung des Kühlfluides aus dem Strömungsraum durch die Öffnungen zu dem Stator und/oder dem Rotor, wobei das Sprühteil, vorzugsweise ohne ein gesondertes Befestigungsbauteil, form- und/oder kraftschlüssig an dem Gehäuse befestigt ist und/oder der Werkstoff des Sprühteils aus dem das Sprühteil wenigstens teilweise, insbesondere vollständig, besteht eine kleinere Dichte als 7,9 g/cm³ aufweist.
Die Elektromaschine weist somit in vorteilhafter Weise kein gesondertes Befestigungsbauteil, z. B. eine Schraube, einen Sicherungsring oder einen Befestigungsring, auf zum Befestigen des Sprühteils am Gehäuse. Insbesondere dient das nicht vorhandene gesonderte Befestigungsbauteil ausschließlich zur Befestigung des Sprühteils am Gehäuse. Zur Befestigung des Sprühteils am Gehäuse wird somit vorzugsweise ausschließlich das Sprühteil und/oder das Gehäuse genutzt. Aufgrund der geringen Dichte des Sprühteils weist die Elektromaschine damit in vorteilhafter Weise ein reduziertes Gewicht auf. Die Dichte des Werkstoffes des Sprühteils ist kleiner als die Dichte von Stahl, so dass aufgrund der Verwendung von anderen Werkstoffen, beispielsweise Kunststoff, auch andere Herstellungsverfahren für die Herstellung des Sprühteils genutzt werden können.
Nach einem erfindungsgemäßen ersten Ausführungsbeispiel ist das Sprühteil an einem, insbesondere ringförmigen, Vorsprung des Gehäuses formschlüssig befestigt und ist der Vorsprung mittels einer plastischen Verformung des Gehäuses gebildet. Aufgrund des Vorsprungs bildet sich somit am Gehäuse eine Haltenut aus, in welcher ein Endbereich des Sprühteils angeordnet ist und damit formschlüssig am Gehäuse befestigt ist.
Vorzugsweise ist das Sprühteil ein Sprühring und/oder eine Sprühplatte.
Nach einem erfindungsgemäßen zweiten Ausführungsbeispiel weist das Gehäuse eine, vorzugsweise ringförmige, Ausnehmung zur Aufnahme des Sprühteils auf und die Ausnehmung ist von einer parallel zu einer Rotationsachse der Welle ausgerichtete Tangentialfläche des Gehäuses begrenzt.
Nach dem erfindungsgemäßen zweiten Ausführungsbeispiel ist das Sprühteil elastisch verformt und aufgrund der elastischen Verformung des Sprühteiles bringt das Sprühteil auf die Tangentialfläche eine radial zu der Rotationsachse gerichtete Kraft auf, so dass das Sprühteil kraftschlüssig an dem Gehäuse befestigt ist. Beispielsweise beim Befestigen des Sprühteils am Gehäuse mittels Einpressen, stellt die Ausnehmung einen Passsitz dar und das Sprühteil ist am Gehäuse kraftschlüssig aufgrund der wirkenden Kräfte zwischen dem Sprühteil und dem Gehäuse befestigt.
In einer Ausführungsform ist die Dichte des Werkstoffes des Sprühteiles kleiner als 6 g/cm³, vorzugsweise kleiner als 5 g/cm³, 3 g/cm³ oder 1,5 g/cm³.
Insbesondere ist der Werkstoff des Sprühteiles Kunststoff oder ein Leichtmetall, insbesondere Aluminium, oder Verbundwerkstoff und/oder zwischen dem Sprühteil und dem Gehäuse ist eine, vorzugsweise elastische, Dichtung angeordnet.
In einer weiteren Ausgestaltung weist die Elektromaschine eine Fördereinrichtung und einen Fluidkreislauf für das Kühlfluid, insbesondere Öl, auf. Mittels der Fördereinrichtung wird das Kühlfluid in den Strömungsraum eingeleitet, strömt anschließend aus den Öffnungen oder Düsen des Sprühteils auf den Stator und/oder Rotor und anschließend wieder aus dem Gehäuse heraus zu einer Sammeleinrichtung. Von der Sammeleinrichtung wird das Kühlfluid anschließend wieder von der Fördereinrichtung, z. B. einer Pumpe, angesaugt.
In einer weiteren Ausgestaltung ist die Elektromaschine an einem Getriebe oder einem Verbrennungsmotor angeordnet.
Zweckmäßig wird als Kühlfluid Öl eines Getriebes oder Öl eines Verbrennungsmotors genutzt.
In einer weiteren Ausgestaltung ist eine Dichtung mittels Dispensen an dem Sprühteil befestigt oder die Dichtung ist mittels eines 2K-Spritzgussverfahrens an dem Sprühteil befestigt.
Erfindungsgemäßes Verfahren zur Herstellung einer Elektromaschine, insbesondere einer in dieser Schutzrechtsanmeldung beschriebenen Elektromaschine, mit den Schritten: zur Verfügung stellen eines Gehäuses mit einem an dem Gehäuse ausgebildeten Kanal als Strömungsraum zur Leitung eines Kühlfluides, zur Verfügung stellen einer Welle, zur Verfügung stellen eines Stators, zur Verfügung stellen eines Rotors, zur Verfügung stellen eines Sprühteils, Befestigen des Sprühteiles an dem Gehäuse, so dass der Strömungsraum teilweise von dem Sprühteil abgedeckt wird, wobei das Sprühteil mittels einer elastischen und/oder plastischen Verformung des Sprühteiles und/oder des Gehäuses form- und/oder kraftschlüssig befestigt wird und das Sprühteil zur Verfügung gestellt wird, indem das Sprühteil mit Spritzgießen oder Sintern hergestellt wird.
Insbesondere wird eine Verformung eines gesonderten Befestigungsbauteils nicht als elastische und/oder plastische Verformung des Sprühteils und/oder des Gehäuses betrachtet.
In einer weiteren Ausgestaltung wird das Sprühteil aus, vorzugsweise thermoplastischen, Kunststoff oder einem Leichtmetall, z. B. Aluminium, hergestellt. Bei dem Herstellen des Sprühteils, beispielsweise aus Kunststoff mittels Spritzgießen in einem Werkzeug, können die Öffnungen, Düsen und/oder Diffusoren des Sprühteils bereits beim Spritzgießen des Sprühteils mit hergestellt werden, indem das Werkzeug entsprechend ausgebildet ist, so dass in vorteilhafter Weise nach dem Spritzgießen nicht in aufwendiger Weise, beispielsweise durch Bohren, die Düsen und/oder Öffnungen und/oder Diffusoren in das Sprühteil eingearbeitet werden müssen. Damit können in vorteilhafter Weise Prozessschritte bei der Herstellung eingespart und dadurch die Kosten für die Herstellung der Elektromaschine reduziert werden.
Zweckmäßig ist das Sinterverfahren ein Metallsinterverfahren.
In einer weiteren Ausgestaltung wird das Lagerschild und/oder das Gehäuse mittels Sintern, Lost Foam oder Kokillenguss bei metallischen Werkstoffen, z. B. Aluminium oder Stahl, hergestellt.
In einer zusätzlichen Ausführungsform wird das Lagerschild und/oder das Gehäuse mittels Gasinjektionstechnik, Wasserinjektionstechnik oder Projektilinjektionstechnik bei Kunststoffen hergestellt.
Bei der Herstellung der Düsen oder Öffnungen des Sprühteiles kann außerdem die Geometrie der Düsen oder Öffnungen leicht an unterschiedlichen Formen oder Geometrien angepasst werden. Eine spanabhebende Bearbeitung, z. B. Bohren oder Fräsen, zur Herstellung der Düsen mit bestimmten Geometrien oder, vorzugsweise gekrümmten, Düsenformen ist aufwendig und teuer. Anders jedoch bei der Herstellung der Düsen beim Spritzgießen mittels eines Werkzeuges. Hier braucht nur das Werkzeug entsprechend geformt werden, so dass Düsen in der gewünschten Geometrie nach der Herstellung des Sprühteiles mit dem Spritzgießwerkzeug zur Verfügung stehen. Damit kann das Aufsprühen oder Aufbringen des Kühlfluides, insbesondere Öl, auf den Stator und/oder den Rotor weiter verbessert und optimiert werden bei geringen Herstellungskosten.
In einer ergänzenden Variante wird das Sprühteil auf das Gehäuse aufgelegt, anschließend wird das Gehäuse, beispielweise mit wenigstens einem Stempel, plastisch verformt, so dass das Sprühteil formschlüssig an dem Gehäuse befestigt wird.
In einer weiteren Variante wird das Sprühteil in eine Ausnehmung des Gehäuses eingelegt und mit der plastischen Verformung ein Vorsprung gebildet, der das Sprühteil formschlüssig in der Ausnehmung befestigt. Durch die Ausbildung des Vorsprunges durch plastisches Verformen des Gehäuses bildet sich eine Haltenut am Gehäuse, mit dem das Sprühteil formschlüssig gehalten ist. Die Haltenut oder der Vorsprung ist dabei vorzugsweise ringförmig ausgebildet.
In einer weiteren Ausgestaltung wird das Sprühteil an dem Gehäuse, insbesondere in einer Ausnehmung des Gehäuses, zur Befestigung an dem Gehäuse eingepresst. Beim Einpressen des Sprühteils in das Gehäuse weist das Gehäuse einen Aufnahmeabschnitt, beispielsweise eine Ausnehmung, zur Aufnahme des Sprühteils auf. Dabei wird das Sprühteil zunächst auf den Aufnahmebereich aufgelegt und anschließend mittels eines Werkzeuges das Sprühteil in den Aufnahmebereich eingepresst. Der Aufnahmebereich als Passsitz weist dabei ein Übermaß auf, so dass zum Einbringen des Sprühteils in den Aufnahmebereich das Sprühteil zu verformen ist und es zu Kräften zwischen dem Gehäuse und dem Sprühteil kommt. Damit kann das Sprühteil kraftschlüssig an dem Gehäuse befestigt werden.
Insbesondere wird das Sprühteil auf das Gehäuse, insbesondere in die Ausnehmung des Gehäuses, gelegt, anschließend wird das Sprühteil verformt, insbesondere indem eine Krümmung eines Teilbereiches des Sprühteiles verändert wird, so dass von dem Sprühteil ein Vorsprung des Gehäuses hintergriffen wird zur formschlüssigen Befestigung.
In einer weiteren Ausgestaltung wird eine Dichtung auf das Sprühteil mittels Dispensen befestigt.
In einer zusätzlichen Ausführungsform wird das Sprühteil mittels eines 2K-Spritzgussverfahrens hergestellt. Dabei wird in einem ersten Arbeitsgang der Werkstoff, beispielsweise thermoplastischer Kunststoff, für den Grundkörper des Sprühteils in das Werkzeug eingebracht. In einem zweiten, daran anschließenden Arbeitsgang wird der Werkstoff für die Dichtung, beispielsweise ein Elastomer aus Kunststoff, in das Werkzeug eingebracht, beispielsweise eingespritzt. Dadurch kann beim Spritzgießen ein Sprühteil mit einer Dichtung, insbesondere einem Dichtring, hergestellt werden.
In einer weiteren Ausgestaltung wird eine Dichtung, insbesondere ein Dichtring, in ein Werkzeug eingelegt und anschließend das Material für die Herstellung des Sprühteils in das Werkzeug eingefügt, insbesondere eingespritzt. Die Dichtung wird somit als festes Bauteil zunächst in das Werkzeug eingelegt und anschließend erfolgt beim Spritzgießen des Sprühteils die Verbindung zwischen der Dichtung und dem übrigen Teil des Sprühteils.
In einer weiteren Ausgestaltung wird vor dem Auflegen des Sprühteils auf das Gehäuse oder auf das Sprühteil eine Dichtung aufgelegt und anschließend das Sprühteil auf das Gehäuse aufgelegt.
Zweckmäßig wird die Oberfläche des Gehäuses oder des Lagerschildes bearbeitet, damit eine geringere Oberflächenrauigkeit auftritt und damit eine Dichtheit zwischen dem Sprühteil und dem Gehäuse oder dem Lagerschild gewährleistet ist.
In einer weiteren Ausgestaltung wird das Gehäuse der Elektromaschine aus einem nicht-metallischen Werkstoff, insbesondere Kunststoff, oder einem Leichtmetall, vorzugsweise Aluminium, hergestellt. Das Gehäuse wird somit nicht aus Stahl hergestellt und ist leicht.
In einer zusätzlichen Variante besteht das Gehäuse der Elektromaschine wenigstens teilweise, insbesondere vollständig, aus einem nicht-metallischen Werkstoff, insbesondere Kunststoff, oder einem Leichtmetall, vorzugsweise Aluminium.
Eine erfindungsgemäße Antriebseinrichtung, vorzugsweise Hybridantriebseinrichtung, insbesondere für ein Kraftfahrzeug, umfassend vorzugsweise eine Verbrennungskraftmaschine, insbesondere zum Antrieb des Kraftfahrzeuges, vorzugsweise wenigstens ein Gehäuse, wenigstens eine Elektromaschine mit einem Stator und einem Rotor, wobei die wenigstens eine Elektromaschine gemäß einer in dieser Schutzrechtsanmeldung beschriebenen Elektromaschine ausgebildet ist.
In einer weiteren Ausgestaltung ist das wenigstens eine Gehäuse mehrteilig.
In einer zusätzlichen Ausgestaltung ist das Gehäuse einteilig.
In einer weiteren Ausgestaltung fungiert die wenigstens eine Elektromaschine als Motor und/oder als Generator.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
Im Nachfolgenden werden Ausführungsbeispiele der Erfindung unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen näher beschrieben. Es zeigt:

1 einen Längsschnitt einer Elektromaschine,
2 eine Draufsicht auf ein Lagerschild mit einer Sprühplatte in einem ersten Ausführungsbeispiel,
3 einen Längsschnitt A-A gemäß 2,
4 eine vergrößerte Darstellung eines Details B gemäß 3 vor einer plastischen Verformung des Lagerschildes,
5 eine vergrößerte Darstellung eines Details B gemäß 3 nach einer plastischen Verformung des Lagerschildes,
6 einen Längsschnitt des Lagerschildes und der Sprühplatte in einem zweiten Ausführungsbeispiel vor einer Verformung der Sprühplatte,
7 den Längsschnitt gemäß 6 nach der Verformung der Sprühplatte,
8 den Längsschnitt des Lagerschildes und der Sprühplatte in einem dritten Ausführungsbeispiel vor einer Verformung der Sprühplatte,
9 einen Längsschnitt einer Öffnung der Sprühplatte in einem ersten Ausführungsbeispiel,
10 einen Längsschnitt der Öffnung der Sprühplatte in einem zweiten Ausführungsbeispiel,
11 einen Längsschnitt der Öffnung der Sprühplatte in einem dritten Ausführungsbeispiel,
12 einen Längsschnitt der Öffnung der Sprühplatte in einem vierten Ausführungsbeispiel,
13 einen Längsschnitt der Öffnung der Sprühplatte in einem fünften Ausführungsbeispiel,
14 einen Längsschnitt der Öffnung der Sprühplatte in einem sechsten Ausführungsbeispiel,
15 einen Längsschnitt der Öffnung der Sprühplatte in einem siebten Ausführungsbeispiel,
16 einen Längsschnitt der Öffnung der Sprühplatte in einem achten Ausführungsbeispiel,
17 einen Längsschnitt der Öffnung der Sprühplatte in einem neunten Ausführungsbeispiel und
18 einen Längsschnitt der Öffnung der Sprühplatte in einem zehnten Ausführungsbeispiel.

Ausführungsformen der Erfindung
In 1 ist eine Elektromaschine 1 dargestellt. Die Elektromaschine 1 wird beispielsweise in einer Hybridantriebseinrichtung mit einem Verbrennungsmotor für ein Kraftfahrzeug oder in einem Elektrofahrzeug ohne Verbrennungsmotor eingesetzt (nicht dargestellt). Die Elektromaschine 1 weist ein Gehäuse 5 mit einem Gehäusetopf 6 und einem Gehäusedeckel 7 bzw. einem Lagerschild 8 auf. Innerhalb des Gehäuses 5 ist ein Stator 2 und ein Rotor 3 angeordnet. Der Stator 2 ist dabei an dem Gehäuse 5 befestigt und ist somit nicht beweglich und der Rotor 3 ist einer Welle 4 befestigt. Die Welle 4 kann dabei um eine Rotationsachse 19 eine Rotationsbewegung ausführen. Am Stator 2 sind nicht dargestellte Elektromagnete angeordnet und am Rotor 3 sind Permanentmagnete befestigt oder angeordnet. Mittels einer Wälzlagerung 24 ist die bewegliche Welle 4 gegenüber dem feststehenden Gehäuse 5 gelagert.
Die Elektromaschine 1 weist außerdem eine Fördereinrichtung für ein Kühlfluid, nämlich Öl, und einen Fluidkreislauf mit Leitungen zur Förderung und zum Pumpen des Öls auf (nicht dargestellt). Beim Betrieb der Elektromaschine 1 als Elektromotor oder als Generator tritt dabei insbesondere am Stator 2 sowie auch am Rotor 3 Abwärme auf. Zur Kühlung des Stators 2 und des Rotors 2 wird von der nicht dargestellten Fördereinrichtung als Pumpe Öl als Kühlfluid auf den Stator 2 und/oder den Rotor 3 aufgebracht oder aufgespritzt.
Der Gehäusedeckel 7 bzw. das Lagerschild 8 als Bestandteil des Gehäuses 5 weist einen Kanal 9 auf. Am Lagerschild 9 ist außerdem ein Sprühteil 11 befestigt. In 1 ist der Kanal 9 und das Sprühteil 11 nicht dargestellt. 2 zeigt ein erstes Ausführungsbeispiel des Lagerschildes 8 mit dem Sprühteil 11. Das Sprühteil 11, welches als Sprühring 14 oder als Sprühplatte 15 ausgebildet ist, weist dabei Öffnungen 12 oder Düsen 13 zum Durchleiten des Kühlfluides auf. In das Lagerschild 8 ist ein ringförmiger Kanal 9, der konzentrisch zu der Rotationsachse 19 der Welle 4 ausgebildet ist, eingearbeitet. Dabei ist der Kanal 9 in Richtung zur Innenseite des Gehäuses 5 ausgerichtet. Der Kanal 9 begrenzt somit einen Strömungsraum 10. An der gleichen Seite des Lagerschildes 8, an welcher der Kanal 9 ausgebildet ist, weist das Lagerschild 8 außerdem eine ringförmige Ausnehmung 17 auf. In dieser ringförmigen Ausnehmung 17 ist der Sprühring 14 angeordnet. Dadurch kann der Sprühring 14 eine offene Seite des Kanales 9 abschließen, so dass der Strömungsraum 10 sowohl von dem Lagerschild 8 als auch von dem Sprühring 14 begrenzt ist. Die Öffnungen 12 des Sprühringes 14 sind dabei konzentrisch zu der Rotationsachse 19 der Welle 4 ausgebildet, so dass die Öffnungen 12 in den Strömungsraum 10 münden.
Das Lagerschild 8 wird mittels Lost Foam aus Aluminium hergestellt. Dadurch können in vorteilhafter Weise bereits beim Lost Foam der Kanal 9 und die ringförmige Ausnehmung 17 mit hergestellt werden. Eine gesonderte Bearbeitung des Lagerschildes 8, beispielsweise spanabhebend, insbesondere mit Bohren, ist somit zur Herstellung des Kanales 9 und der Ausnehmung 17 nicht mehr erforderlich. Der Sprühring 14 wird mittels Spritzgießen aus Kunststoff hergestellt. Damit können in vorteilhafter Weise aufgrund der Ausbildung des Werkzeuges zum Spritzgießen bereits beim Spritzgießen die Düsen 13 bzw. die Öffnungen 12 in den Sprühring 14 mit eingearbeitet oder mit hergestellt werden. In vorteilhafter Weise ist es damit nach dem Spritzgießen des Sprühringes 14 nicht mehr erforderlich, dass gesondert die Öffnungen 12 in den Sprühring 14 eingearbeitet werden. Aufgrund der Herstellung des Lagerschildes 8 aus leichtem Aluminium und des Sprühringes 14 aus Kunststoff weist somit das Lagerschild 8 und der Sprühring 14 ein geringes Gewicht auf. Vorzugsweise werden dabei auch der übrige Teil des Gehäuses 5, nämlich der Gehäusetopf 6, aus Aluminium mittels Sintern hergestellt, so dass dadurch insgesamt die Elektromaschine 1 in vorteilhafter Weise ein geringes Gewicht aufweist.
Nach der Herstellung des Sprühringes 14 und des Lagerschildes 18 wird der Sprühring 14 in die ringförmige Ausnehmung 17 des Lagerschildes 8 eingelegt. Anschließend wird mittels eines Werkzeuges 22, nämlich eines Stempels 23, auf den radial nach außen bezüglich der Rotationsachse 19 gerichtetem Teilabschnitt des Lagerschildes 8 mittels des Stempels 23 das Aluminium des Lagerschildes 8 plastisch verformt, so dass sich ein Vorsprung 16 ergibt. In 4 ist der Sprühring 14 dargestellt nach dem Einlegen in die Ausnehmung 17 bevor das Aluminium des Lagerschildes 18 radial in Richtung zu der Rotationsachse 19 mittels des Stempels 23 verformt wird. In 5 ist das Lagerschild 8 und der Sprühring 14 nach dem plastischen Verformen des Lagerschildes 8 in einem Teilabschnitt dargestellt. Der mittels plastischer Verformung hergestellte Vorsprung 16 ermöglicht es somit, dass der Sprühring 14 formschlüssig an dem Gehäuse 5 befestigt ist. Vorzugsweise wird dabei der Vorsprung 16 als geschlossener oder im Wesentlichen geschlossener Ring ausgebildet. Gesonderte Befestigungsbauteile zur Befestigung des Sprühringes 14 an dem Lagerschild 8 sind damit nicht erforderlich.
Vorzugsweise wird in dem ersten Ausführungsbeispiel vor dem Auflegen des Sprühringes 14 auf das Lagerschild 8 das Lagerschild 8 dahingehend bearbeitet, dass das Lagerschild 8 eine geringere Oberflächenrauigkeit aufweist. Die geringere Oberflächenrauigkeit wird dabei nur in denjenigen Bereichen hergestellt, an welchen der Sprühring 14 auf dem Lagerschild 8 aufliegt. Dadurch kann die Dichtheit zwischen dem Lagerschild 8 und dem Sprühring 14 erhöht werden, so dass in vorteilhafter Weise keine zusätzliche Dichtung 20 erforderlich ist. Abweichend hiervon kann auch im ersten Ausführungsbeispiel eine Dichtung 20, beispielsweise ein Dichtring 21 zwischen dem Lagerschild 8 und dem Sprühring 14, eingelegt oder befestigt werden, um eine ausreichende Abdichtung des Strömungsraumes 10 zu gewährleisten (nicht dargestellt).
In 6 und 7 ist ein zweites Ausführungsbeispiel des Lagerschildes 8 und des Sprühringes 14 dargestellt. Bei der Herstellung des Lagerschildes 8, beispielsweise mittels Sintern, wird das Lagerschild 8 mit dem ringförmigen Vorsprung 16 mit hergestellt. Am Lagerschild 8 tritt außerdem eine Tangentialfläche 18 auf. Die Tangentialfläche 18 ist dabei im Wesentlichen parallel, d. h. mit einer Abweichung von weniger als 30°, 20° oder 10°, parallel zu der Rotationsachse 19 der Welle 4 ausgerichtet. Aufgrund des Vorsprunges 16 weist somit das Lagerschild 8 eine Haltenut 26 auf. Nach dem Befestigen von zwei als Dichtringen 21 ausgebildeten Dichtungen 20 am Sprühring 14 wird der Sprühring 14 auf das Lagerschild 8 aufgelegt. In 6 ist der Sprühring 14 nach dem Auflegen auf das Lagerschild 8 abgebildet. Dabei weist der Sprühring 14 zwischen den beiden Haltenuten 26 eine gekrümmte Form auf. Aufgrund dieser gekrümmten Form des Sprühringes 14 sind die Enden des Sprühringes 14 außerhalb der Haltenut 26 angeordnet, so dass der Sprühring 14 nicht am Lagerschild 8 befestigt ist; allerdings kann aufgrund dieser gekrümmten Form des Sprühringes 14 der Sprühring 14 auf das Lageschild 8 aufgelegt werden, so dass der Sprühring 14 auf einem Abschnitt des Lagerschildes 8 aufliegt, der gemäß der Darstellung in 6 und 7 links von dem Vorsprung 16 liegt und außerdem senkrecht zu der Rotationsachse 19 ausgerichtet ist. Nach dem Auflegen des Sprühringes 14 in die Position gemäß 6 auf das Lagerschild 8 wird auf den Sprühring 14 in der Nähe zu der Rotationsachse 19 eine Kraft aufgebracht, die parallel zu der Rotationsachse 19 nach links gerichtet ist, gemäß der Darstellung in 6 und 7. Dadurch verformt sich der Sprühring 14 oder die Sprühplatte 15 bzw. schnappt um, so dass die Sprühplatte 15 in der in 7 dargestellten Position an dem Lagerschild 8 angeordnet ist. Aufgrund dieser Verformung der Sprühplatte 15 dahingehend, dass die Sprühplatte 15 nicht mehr die Krümmung gemäß 6 aufweist, werden die Enden der Sprühplatte 15 radial nach außen bewegt, so dass diese innerhalb der Haltenut 26 liegen. Dadurch ist die Sprühplatte 15 formschlüssig am Lagerschild 8 befestigt. Beim Umschnappen der Sprühplatte 15 von der gekrümmten Form gemäß 6 zu der geraden Form gemäß 7 kommt es außerdem zu einer elastischen Verformung der Sprühplatte 15, so dass zusätzlich die Sprühplatte 15 an dem Lagerschild 8 unter einer Vorspannung aufgrund der elastischen Verformung gehalten ist.
In 8 ist ein drittes Ausführungsbeispiel des Lagerschildes 8 und des Sprühringes 14 dargestellt. Zwischen den beiden Tangentialflächen 18 des Lagerschildes 8 entsteht eine Ausnehmung 17 zur Aufnahme des Sprühringes 14. Dabei weist diese Ausnehmung 17 ein Übermaß auf bezüglich des Sprühteils 11 auf. Vor dem Einbringen des Sprühringes 14 in die Ausnehmung 17 (nicht dargestellt) ist somit der Abstand zwischen den beiden Tangentialflächen 18 kleiner als der Abstand zwischen den Enden der Sprühplatte 15. Aufgrund der scheibenförmigen Ausbildung der Ausnehmung 17 und der Sprühplatte 15 ist somit vor dem Einbringen der Sprühplatte 15 in die Ausnehmung 17 der Durchmesser oder der Radius der Ausnehmung 17 geringfügig kleiner als der Durchmesser oder Radius der Sprühplatte 15. Damit die Sprühplatte 15 in die Ausnehmung 17 gemäß 8 eingebracht werden kann, wird mittels eines nicht dargestellten Werkzeug die Sprühplatte 15 aus Aluminium in die Ausnehmung 17 eingepresst. Dadurch verformt sich sowohl die Sprühplatte 15 als auch das Lagerschild 8 sowohl elastisch als auch plastisch. Aufgrund der elastischen Verformung kommt es somit zu einer Kraft, insbesondere Druckkraft, zwischen der Sprühplatte 15 und dem Lagerschild 8. Diese Druckkraft ermöglicht es, dass der Strömungsraum 10 einerseits fluiddicht abgedichtet ist und andererseits aufgrund der auftretenden Kräfte zwischen der Sprühplatte 15 und dem Lagerschild 8 die Sprühplatte 15 kraftschlüssig an dem Lagerschild 8 befestigt ist. Aufgrund der geringeren Wandstärken der Sprühplatte 15 gegenüber dem Lagerschild 8 weist dabei die Sprühplatte 15 beim Einpressen eine größere elastische und/oder plastische Verformung auf als das Lagerschild 8.
Die Sprühplatte 15 oder der Sprühring 14 werden mittels Spritzgießen, insbesondere aus Kunststoff, hergestellt. Bei der Herstellung der Sprühplatte 15 aus Kunststoff mittels Spitzgießen wird thermoplastischer Kunststoff in ein Werkzeug eingespritzt. Dabei kann in vorteilhafter Weise das Werkzeug bereits dahingehend ausgebildet werden, dass das Werkzeug die Düsen 13 oder die Öffnungen 12 bei der Herstellung mittels Spritzgießen bereits mit herstellt. Dadurch ist nach dem Herausnehmen der Sprühplatte 15 aus dem Werkzeug eine Nachbearbeitung, z. B. mittels Bohren oder Fräsen, zur Herstellung der Öffnungen 12 nicht mehr erforderlich. Dadurch können in vorteilhafter Weise die Herstellungskosten für den Sprühring 14 wesentlich gesenkt werden. Darüber hinaus können aufgrund dieses Herstellungsverfahrens auch unterschiedliche Geometrien für die Öffnungen 12 und die Düsen 13 leicht hergestellt werden.
In 9 ist eine Öffnung 12 oder eine Düse 13 in der Form einer Bohrung, d. h. einer zylinderförmigen Öffnung und in 10 zusätzlich mit einer Phase dargestellt. Derartige Geometrien gemäß 9 und 10 können beispielsweise durch Bohren und Fräsen hergestellt werden. Die aus dem Stand der Technik bekannten Öffnungen 12 für die Sprühplatten 12 weisen im Allgemeinen derartige Geometrien auf. Die Geometrien gemäß 9 und 10 können natürlich auch beim Spritzgießen der Sprühplatte 15 leicht mit hergestellt werden mittels einer entsprechenden Ausbildung des Werkzeuges.
In den 11 bis 18 sind Geometrien für Düsen 13 dargestellt, die gekrümmt sind. Gekrümmte Formen von Düsen 13 können bei einer Herstellung beispielsweise mittels Bohren oder Fräsen nur sehr aufwendig hergestellt werden. Anders jedoch bei der Herstellung der Sprühplatte 15 mittels Spritzgießen. Derartige gekrümmte Formen der Düsen 13 können ebenso einfach hergestellt werden wie die Geometrien gemäß 9 und 10 mit einer geradlinigen Begrenzung der Düse 13. Dabei zeigt 11 eine kreis- oder konusförmige Form der Düse 13, 12 eine venturiförmige Geometrie der Düse 13, 13 einen gerundeten Düseneinlauf bei einer im Weiteren zylinderförmigen Geometrie der Düse 13. 14 zeigt einen gerundeten Düseneinlauf bei einer im Weiteren konusförmigen Geometrie der Düse 13, 15 zeigt einen gerundeten Düseneinlauf und einen gerundeten Düsenauslauf bei einer dazwischen liegenden zylinderförmigen Geometrie der Düse 13 und 16 weist abweichend zu 15 zwischen dem gerundeten Düsenein- und -auslauf eine konusförmige Geometrie der Düse 13 auf.
17 und 18 zeigen eine Düse 13, die als Diffusor wirkt. Dabei ist der Düseneinlauf abgerundet und anschließend ist die Geometrie der Düse 13 konusförmig bei einer sich aufweitenden Geometrie in Strömungsrichtung. In den Beispielen gemäß 9 bis 18 läuft das Kühlfluid jeweils in einer Strömungsrichtung gemäß der Darstellung in den 9 bis 19 in einer Richtung von links nach rechts durch die Düsen 13.
In den Ausführungsbeispielen der Düse 13 gemäß 9 bis 16 tritt somit das Öl als Kühlfluid in einem Strahl aus der Düse 13 aus und in der Ausbildung der Düse 13 gemäß den 17 und 18 wird das Öl nach dem Austritt aus der Düse 13 verwirbelt oder diffusorartig verteilt. Die Düsenform gemäß 17 und 18 ist beispielsweise sinnvoll, wenn ein geringer Abstand zwischen der Düse 13 und dem Stator 2 der Elektromaschine 1 auftritt. Durch die Verteilung des Kühlfluides als Tröpfchen auf den Stator 2 kann somit auch bei einem geringen Abstand der Düse 13 von dem Stator 2 der Stator 2 von dem Öl als Kühlfluid gut gekühlt werden. Der gerundete Düseneinlauf gemäß 13 und 14 bewirkt, dass Wirbelströmungen im Einlaufbereich der Düse 13 verringert werden, die eine Einschnürung des Strahls und somit eine Erhöhung des Druckverlustes verursachen Der in 15 und 16 ausgebildete gerundete Düsenauslauf bewirkt, dass neben einer Reduzierung des Druckverlustes und einer Verbesserung des Strahlbildes der aus der Düse 13 austretende Sprühstrahl weniger oder keine Ablösungen aufweist.
Durch die Herstellung der Sprühplatte 15 mittels Spritzgießen in einem Werkzeug kann ein Formtrenngrat 25 entstehen (12). Der Formtrenngrat 25 entsteht, weil das Werkzeug zur Herstellung der Sprühplatte 15 zweiteilig ist. Dabei tritt der Formtrenngrat 25 im Allgemeinen mittig in der Düse 13 auf. Beispielhaft ist ein Formtrenngrat 25 in 12 dargestellt. Ein derartiger möglicherweise sich ausbildender Formtrenngrat 25 kann negative Eigenschaften auf die Düsen oder Diffusorgeometrie haben. Falls ein Formtrenngrat 25 fertigungstechnisch nicht oder nicht im Wesentlichen ausgeschlossen werden kann, ist der Formtrenngrat 25 bei der Auslegung und Dimensionierung der Geometrie der Düse 13 zu berücksichtigen. Der Formtrenngrat 25 soll dabei keine Strömungswirbel verursachen und nicht zu einer Einschnürung des Sprühstrahles führen.

Claims

Elektromaschine (1), umfassend - ein Gehäuse (5) mit einem an dem Gehäuse (5) ausgebildeten Kanal (9) als Strömungsraum (10) zur Leitung eines Kühlfluides, - eine Welle (4), - einen Stator (2), - einen an der Welle (4) angeordneten Rotor (3), - ein den Strömungsraum (10) teilweise abdeckendes Sprühteil (11) mit Öffnungen (12) zur Zuführung des Kühlfluides aus dem Strömungsraum (10) durch die Öffnungen (12) zu dem Stator (2) und/oder dem Rotor (3), wobei das Sprühteil (11) ohne ein gesondertes Befestigungsbauteil form- und/oder kraftschlüssig an dem Gehäuse (5) befestigt ist und der Werkstoff des Sprühteils (11), aus dem das Sprühteil (11) wenigstens teilweise, insbesondere vollständig, besteht, eine kleinere Dichte als 7,9 g/cm³ aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass das Sprühteil (11) an einem, insbesondere ringförmigen, Vorsprung (16) des Gehäuses (5) formschlüssig befestigt ist und der Vorsprung (16) mittels einer plastischen Verformung des Gehäuses (5) gebildet ist.
Elektromaschine umfassend - ein Gehäuse (5) mit einem an dem Gehäuse (5) ausgebildeten Kanal (9) als Strömungsraum (10) zur Leitung eines Kühlfluides, - eine Welle (4), - einen Stator (2), - einen an der Welle (4) angeordneten Rotor (3), - ein den Strömungsraum (10) teilweise abdeckendes Sprühteil (11) mit Öffnungen (12) zur Zuführung des Kühlfluides aus dem Strömungsraum (10) durch die Öffnungen (12) zu dem Stator (2) und/oder dem Rotor (3), wobei - das Sprühteil (11) ohne ein gesondertes Befestigungsbauteil form- und/oder kraftschlüssig an dem Gehäuse (5) befestigt ist und der Werkstoff des Sprühteils (11), aus dem das Sprühteil (11) wenigstens teilweise, insbesondere vollständig, besteht, eine kleinere Dichte als 7,9 g/cm³ aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass das Gehäuse (5) eine, vorzugsweise ringförmige, Ausnehmung (17) zur Aufnahme des Sprühteils (11) aufweist und die Ausnehmung (17) von einer parallel zu einer Rotationsachse (19) der Welle (4) ausgerichteten Tangentialfläche (18) des Gehäuses (5) begrenzt ist, das Sprühteil (11) elastisch verformt ist und aufgrund der elastischen Verformung des Sprühteiles (11) das Sprühteil (11) auf die Tangentialfläche (18) eine radial zu der Rotationsachse (19) gerichtete Kraft aufbringt, so dass das Sprühteil (11) kraftschlüssig an dem Gehäuse (5) befestigt ist.
Elektromaschine nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Sprühteil (11) ein Sprühring (14) und/oder eine Sprühplatte (15) ist.
Elektromaschine nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Dichte des Werkstoffes des Sprühteiles (11) kleiner als 6 g/cm³, vorzugsweise kleiner als 5 g/cm³, 3 g/cm³ oder 1,5 g/cm³, ist.
Elektromaschine nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Werkstoff des Sprühteiles (11) Kunststoff oder ein Leichtmetall, insbesondere Aluminium, oder Verbundwerkstoff ist und/oder zwischen dem Sprühteil (11) und dem Gehäuse (5) eine, vorzugsweise elastische, Dichtung (20) angeordnet ist.
Verfahren zur Herstellung einer Elektromaschine (1), insbesondere einer Elektromaschine (1) gemäß einem oder mehrerer der vorhergehenden Ansprüche, mit den Schritten: - zur Verfügung stellen eines Gehäuses (5) mit einem an dem Gehäuse (5) ausgebildeten Kanal (9) als Strömungsraum (10) zur Leitung eines Kühlfluides, - zur Verfügung stellen einer Welle (4), - zur Verfügung stellen eines Stators (2), - zur Verfügung stellen eines Rotors (3), - Befestigen des Sprühteiles (11) an dem Gehäuse (5), so dass der Strömungsraum (10) teilweise von dem Sprühteil (11) abgedeckt wird, wobei das Sprühteil (11) mittels einer elastischen und/oder plastischen Verformung des Sprühteiles (11) und/oder des Gehäuses (5) form- und/oder kraftschlüssig befestigt wird und das Sprühteil (5) zur Verfügung gestellt wird, indem das Sprühteil (11) mit Spritzgießen oder Sintern hergestellt wird.
Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass das Sprühteil (11) aus, vorzugsweise thermoplastischen, Kunststoff oder einem Leichtmetall, z. B. Aluminium, hergestellt wird.
Verfahren nach Anspruch 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, dass das Sprühteil (11) auf das Gehäuse (5) aufgelegt wird, anschließend das Gehäuse (5), beispielweise mit wenigstens einem Stempel (23), plastisch verformt wird, so dass das Sprühteil (11) formschlüssig an dem Gehäuse (5) befestigt wird.
Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass das Sprühteil (11) in eine Ausnehmung (17) des Gehäuses (5) eingelegt wird und mit der plastischen Verformung ein Vorsprung (16) gebildet wird, der das Sprühteil (11) formschlüssig in der Ausnehmung (17) befestigt.
Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 6 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass das Sprühteil (11) an dem Gehäuse (5), insbesondere in einer Ausnehmung (17) des Gehäuses (5), eingepresst wird zur Befestigung an dem Gehäuse (5).
Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 6 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass das Sprühteil (11) auf das Gehäuse (5), insbesondere in die Ausnehmung (17) des Gehäuses (5), gelegt wird, anschließend das Sprühteil (11) verformt wird, insbesondere indem eine Krümmung eines Teilbereiches des Sprühteiles (11) verändert wird, so dass von dem Sprühteil (11) ein Vorsprung (16) des Gehäuses (5) hintergriffen wird zur formschlüssigen Befestigung.