DE102012023050A1

DE102012023050A1 - Elektrische Maschine und Verfahren zur Herstellung einer elektrischen Maschine

Info

Publication number: DE102012023050A1
Application number: DE201210023050
Authority: DE
Inventors: Henning Wöhl-Bruhn; Gustavo Alonso; Mirko Pundt
Original assignee: Volkswagen AG
Current assignee: Volkswagen AG
Priority date: 2012-11-26
Filing date: 2012-11-26
Publication date: 2014-05-28
Also published as: CN103840627A; CN103840627B

Abstract

Die Erfindung betrifft eine elektrische Maschine (1) bestehend aus einem Gehäuse (2), einem in dem Gehäuse (2) aufgenommenen Stator (3) und einem in dem Gehäuse (2) aufgenommenen und relativ zu dem Gehäuse (2) und dem Stator (3) um eine Drehachse (4) rotierend gelagerten Rotor (5). Dabei besteht das Gehäuse (2) aus einem radial zweiteiligen Mantel (7) mit einem Innenzylinder und einem Außenzylinder, wobei Innenzylinder und Außenzylinder konzentrisch zu der Drehachse (4) angeordnet sind und einen als Kühlkanal vorgesehenen Zwischenraum einschließen, und das Gehäuse (2) zwei Lagerschilde (8) umfasst. Die Erfindung betrifft weiterhin ein Verfahren zur Herstellung einer elektrischen Maschine (1), bei dem der Mantel (7) zusammengesetzt wird, wobei der Innenzylinder und der Außenzylinder ineinander angeordnet werden und so ein von dem Innenzylinder und dem Außenzylinder begrenzter und als Kühlkanal vorgesehener Zwischenraum gebildet wird, die Dichtigkeit des Zwischenraums geprüft wird, wobei der Zwischenraum mit einem Fluid gefüllt und dann mit einem Druck beaufschlagt wird, der Mantel (7) und der Stator (3) mittels Eindehnen und/oder Aufschrumpfen verbunden werden, wobei die Raumausdehnung von Mantel (7) und Stator (3) mittels deren Temperaturdifferenz beeinflusst wird, dann Mantel (7) und Stator (3) ineinander angeordnet werden und schließlich die Temperaturdifferenz verringert und eine zumindest kraftschlüssige Verbindung zwischen Stator (3) und Mantel (7) hergestellt wird, der Rotor (5) in dem Stator (3) angeordnet wird und zumindest eines der Lagerschilde (8) an dem Mantel (7) befestigt wird.

Description

Die Erfindung betrifft eine elektrische Maschine, insbesondere einen Antriebsmotor für ein Fahrzeug, bestehend aus einem Gehäuse, einem in dem Gehäuse aufgenommenen Stator und einem in dem Gehäuse aufgenommenen und relativ zu dem Gehäuse und dem Stator um eine Drehachse rotierend gelagerten Rotor.
Weiterhin betrifft die Erfindung ein Verfahren zur Herstellung einer derartigen elektrischen Maschine.
Aus der Druckschrift DE 10 2009 034 235 A1 ist ein Elektromotor eines Fahrzeugs mit einem Stator, einem Statortopf und einem Gehäuse bekannt. An dem Statortopf ist innenseitig der Stator und außenseitig das Gehäuse des Elektromotors angeordnet. Zwischen dem Statortopf und dem Stator sind Kühlkanäle vorgesehen. Hierzu weist der Stator auf einer dem Statortopf zugewandten Außenfläche nutförmige beziehungsweise rippenartige Ausnehmungen auf. Diese Ausnehmungen sind durch den Stator und den Statortopf begrenzte Kühlkanäle.
Aus der Druckschrift DE 43 33 613 A1 ist ein Kühlsystem für einen Elektromotor bekannt, bei dem Kühlmittelleitungen als ein einteiliger Ring durch Presspassen außen auf dem Stator montiert sind. Die Kühlmittelleitungen sind aus einem plattenähnlichen, gezogenen Reduktionsmaterial gebildet.
Die Druckschrift DE 10 2008 040 873 A1 zeigt ein Verfahren zur Herstellung einer elektrischen Maschine sowie eine elektrische Maschine für ein Fahrzeug. Das Gehäuse der Maschine wird mittels eines mehrteiligen Schaumkörpers in einem Lost-Foam-Gussverfahren hergestellt oder besteht aus einem mehrteiligen Gehäuse. Dabei ist der Schaumkörper oder das Gehäuse relativ zu der Drehachse des Rotors der elektrischen Maschine in axialer Richtung mehrteilig, insbesondere aus Ringstücken, aufgebaut.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, den Stand der Technik hinsichtlich der Herstellkosten und/oder des Montageaufwands zu verbessern.
Diese Aufgabe wird gelöst mit einem Verfahren zur Herstellung einer elektrischen Maschine gemäß den Merkmalen des Patentanspruchs 1. Die Unteransprüche betreffen besonders zweckmäßige Weiterbildungen der Erfindung.
Erfindungsgemäß ist also ein Verfahren zur Herstellung einer elektrischen Maschine bestehend aus einem Gehäuse, einem in dem Gehäuse aufgenommenen Stator und einem in dem Gehäuse aufgenommenen und relativ zu dem Gehäuse und dem Stator um eine Drehachse rotierend gelagerten Rotor, wobei das Gehäuse aus zwei Lagerschilden und einem radial zweiteiligen Mantel mit einem Innenzylinder und einem Außenzylinder, welche konzentrisch zu der Drehachse angeordnet sind, vorgesehen, bei dem nacheinander

– der Mantel zusammengesetzt wird, wobei der Innenzylinder und dem Außenzylinder ineinander angeordnet werden und so ein von dem Innenzylinder und der Außenzylinder begrenzter und als Kühlkanal vorgesehener Zwischenraum gebildet wird,
– die Dichtigkeit des Zwischenraums geprüft wird, wobei der Zwischenraum mit einem Fluid gefüllt und dann mit einem Druck beaufschlagt wird,
– der Mantel und der Stator mittels Eindehnen und/oder Aufschrumpfen verbunden werden, wobei die Raumausdehnung von Mantel und Stator mittels deren Temperaturdifferenz beeinflusst wird, dann Mantel und Stator ineinander angeordnet werden und schließlich die Temperaturdifferenz verringert und eine zumindest kraftschlüssige Verbindung zwischen Stator und Mantel hergestellt wird,
– der Rotor in dem Stator angeordnet wird und
– zumindest eines der Lagerschilde an dem Mantel befestigt wird.

Hierdurch ist es möglich, dass der Ausschuss kostenintensiver Bauelemente bei der Herstellung der elektrischen Maschine verringert wird, wodurch die Herstellkosten gesenkt werden. Zu den kostenintensiven Bauelementen gehört insbesondere der Stator, ein aufwendig hergestelltes Paket aus zahlreichen Blechlamellen. Um die Montage einfach und insbesondere automatisiert zu vollziehen und zugleich den Materialeinsatz zu minimieren, werden die Bauelemente moderner elektrischer Maschinen durch kraftschlüssige Verbindungen, insbesondere Pressfügungen, miteinander fixiert. Derartig ausgeführte Verbindungen sind nur schwer, unter großem Aufwand und nicht immer für alle Bauelemente schadenfrei zu trennen. Das gezeigte Verfahren kann den Ausschuss reduzieren, da beispielsweise die Prüfung der Dichtigkeit des Kühlmantels vor der Verbindung des Stators mit dem Gehäuse erfolgen kann. Bei einem nicht ausreichend dichten Kühlmantel braucht nur das verhältnismäßig preiswerte Gehäuse beziehungsweise nur ein Teil dessen ausgesondert werden. Die Wahrscheinlichkeit einer Aussonderung eines Stators wegen einer ungenügenden Dichtigkeit des Kühlmantels wird so extrem minimiert.
Nach der Prüfung der Dichtigkeit des Zwischenraums wird das Fluid wieder aus dem Zwischenraum entfernt. Es hat sich jedoch als vorteilhaft erwiesen, dass die Flüssigkeit bis zum Abschluss der Montage der elektrischen Maschine, zumindest bis nach dem Verbinden von Mantel und Stator beziehungsweise bis nach dem Fügen von Außenzylinder und Innenzylinder des Mantels, in dem Zwischenraum verbleibt. Das Fluid steht somit einerseits für eine mögliche weitere, spätere Dichtigkeitsprüfung zur Verfügung und muss nicht erneut in den Zwischenraum eingebracht werden. Der Verzicht auf die Vorgänge ”Entleeren” und ”erneutes Befüllen” verringert den Herstellaufwand und beschleunigt somit die Fertigung der elektrischen Maschine. Andererseits kann das Fluid in dem Zwischenraum bei dem Verbinden von Mantel und Stator beziehungsweise dem Fügen von Außenzylinder und Innenzylinder des Mantels auch als Stützmittel dienen und für eine Formbeständigkeit des Zwischenraums Sorge tragen.
Das Verbinden von Mantel und Stator erfolgt vorzugsweise mittels Eindehnen und/oder Aufschrumpfen. Bei dem Aufschrumpfen wird zunächst der Mantel bis zu einer erforderlichen radialen Aufweitung aufgrund der Wärmedehnung gleichmäßig erwärmt. Dann wird der Stator in dem Inneren des weitestgehend zylinderförmigen Mantels positioniert und abschließend findet eine Abkühlung des Mantels statt. Beim Abkühlen des Mantels schrumpft dieser und legt sich kraftschlüssig an der Außenfläche des Stators an. Es ist auch möglich, den Stator gegenüber dem Mantel abzukühlen, um dann ein Eindehnen des Stators in den Mantel zu erreichen. Beide Fügeverfahren können auch in Kombination eingesetzt werden.
Eine Befestigung nur eines der Lagerschilde an dem Mantel ergibt sich, wenn das andere Lagerschild als ein Teil des Mantels dem Innenzylinder oder vorzugsweise dem Außenzylinder zugeordnet ist. Das andere Lagerschild ist dabei bevorzugt einteilig beziehungsweise einstückig mit einem der Teile des Mantels ausgeführt oder wurde bereits vor dem Zusammensetzen des Innenzylinders mit dem Außenzylinder mit einem dieser Mantelteile verbunden beziehungsweise an diesem befestigt. Die Erfindung lässt jedoch auch eine Ausführungsform zu, bei der beide Lagerschilde erst nach der Verbindung des Innenzylinders mit dem Außenzylinder, insbesondere nach der Anordnung von Stator und/oder Rotor in dem Mantel, an diesem befestigt werden. Zwischen der Befestigung des einen Lagerschilds am Mantel und der Befestigung des anderen Lagerschilds am Mantel können ein oder mehrere andere Schritte des Herstellungsverfahrens durchgeführt werden.
Es hat sich als günstig erwiesen, dass nach dem Verbinden von Mantel und Stator eine zweite Prüfung der Dichtigkeit des Zwischenraums erfolgt. Sollte das Fluid der ersten Prüfung zwischenzeitlich aus dem Zwischenraum entfernt worden sein, so wird vor der zweiten Prüfung der Zwischenraum erneut mit einem Fluid gefüllt. Der mit einem Fluid gefüllte Zwischenraum wird dann mit einem Druck beaufschlagt. Sofern das Fluid nicht dem später verwendeten Kühlmittel entspricht, wird spätestens nach der zweiten Prüfung das Fluid aus dem Zwischenraum entfernt. Die letzte Prüfung ermöglicht es, Undichtigkeiten zu erkennen, die bei dem Verbinden und/oder bei dem Fügen des Außenzylinders und des Innenzylinders zum Mantel aufgetreten sein könnten.
Vorteilhaft ist es, dass nach der ersten Prüfung oder nach der zweiten Prüfung der Außenzylinder und der Innenzylinder mittels einer Pressverbindung gefügt werden. Durch die dabei entstehende dauerfeste kraft- und/oder formschlüssige Verbindung zwischen dem Außenzylinder und dem Innenzylinder wird einerseits die Dichtigkeit des Zwischenraums erhöht, andererseits wird es somit möglich, eine Drehmomentübertragung zwischen dem Außenzylinder und dem Innenzylinder zu realisieren. Ein bevorzugtes Fügeverfahren ist das mechanisch kalte Pressen, wobei der Außenzylinder und der Innenzylinder dieselbe Temperatur, vorzugsweise eine Temperatur zwischen 10°C und 50°C, insbesondere Raumtemperatur aufweisen. Andere Fügeverfahren wären Aufschrumpfen, Eindehnen und/oder Schweißverfahren wie beispielsweise Reibschweißen oder Laserschweißen.
Günstigstenfalls findet nach dem Fügen von Außenzylinder und Innenzylinder zu dem Mantel eine letzte Prüfung der Dichtigkeit des Zwischenraums statt.
Es hat sich weiterhin bewährt, dass nach dem Verbinden von Stator und Mantel zumindest eine der Zentrier- und Passflächen des Mantels zur Anlage von zumindest einem der Lagerschilde an dem Mantel bearbeitet wird. Hierdurch ist es möglich, einen bei dem Verbinden aufgetretenen Verzug oder eine beim Fügen von Außenzylinder und Innenzylinder zum Mantel aufgetretene Verformung zu berücksichtigen. Durch eine kurze Nachbearbeitung des Mantels kann vermieden werden, dass dieser der Aussonderung zugeführt wird, was den Ausschuss und somit die Herstellkosten reduziert.
Gemäß einer bevorzugten Weiterbildung der Erfindung wird vor dem Zusammensetzen des Mantels an der Außenfläche des Innenzylinders und/oder an der Innenfläche des Außenzylinders ein Dichtmittel aufgelegt. Hierdurch ist es möglich, noch vor einem Fügen von Innenzylinder und Außenzylinder eine Mindestdichtigkeit des Zwischenraums zu erzielen.
Darüber hinaus dient das Dichtmittel einerseits dazu, während des Einsatzes der elektrischen Maschine bei anhaltenden Drehmomentschwankungen und Drehmomentumkehrungen sowie bei Vibrationen Mikrobewegungen an den Dichtungsstellen zu kompensieren. Andererseits ist es auch möglich Ungenauigkeiten oder Verformungen beziehungsweise einen Verzug beim Fügen und Verbinden auszugleichen und die Dichtigkeit zu erhalten.
Die Aufgabe wird weiterhin gelöst mit einer Vorrichtung gemäß den Merkmalen des Patentanspruchs 5. Die Unteransprüche betreffen besonders zweckmäßige Weiterbildungen der Erfindung.
Erfindungsgemäß ist also eine elektrische Maschine vorgesehen, bei der das Gehäuse aus einem in radialer Richtung zweiteiligen Mantel mit einem Innenzylinder und einem Außenzylinder besteht, wobei Innenzylinder und Außenzylinder konzentrisch zu der Drehachse angeordnet sind und einen als Kühlkanal vorgesehenen Zwischenraum einschließen, und bei der das Gehäuse weiterhin aus zwei Lagerschilden besteht. Durch die erfindungsgemäße Gliederung des Gehäuses ist es möglich, bei geringem Materialeinsatz ein Gehäuse nach einem Baukastenprinzip zu schaffen, bei dem beispielsweise eine Längenskalierung problemlos möglich ist. Darüber hinaus können Montageaufwand und Ausschuss durch den gewählten Aufbau des Gehäuses reduziert werden. Das Gehäuse, zumindest dessen Mantel, ist aus einem Gussmaterial hergestellt. Vorzugsweise ist das Gussmaterial eine Aluminiumlegierung.
Als besonders günstig erwiesen hat sich, dass zumindest eines der beiden Lagerschilde als ein von dem Mantel unabhängiges Teil ausgeführt ist. Gerade bei einem Baukastenkonzept ist es so möglich, die Anzahl der Gleichteile zu erhöhen und somit den Aufwand beispielsweise bei der Lagerhaltung und Logistik zu reduzieren. Vorzugsweise sind beide Lagerschilde von den Teilen des Mantels als unabhängige Bauelemente ausgeführt. Bei einer Ausführungsform ist jedoch vorgesehen, dass nur eines der beiden Lagerschilde als ein vom Mantel unabhängiges Bauelement ausgeführt ist. Das andere Lagerschild ist mit einem Teil des Mantels, vorzugsweise mit dem Außenzylinder einteilig beziehungsweise einstückig ausgeführt oder insbesondere bereits vor dem Zusammensetzen der Mantelteile mit dem Außenzylinder verbunden oder an diesem befestigt. Das mit dem Außenzylinder oder dem Innenzylinder als ein Bauelement ausgeführte Lagerschild ist dann Teil des Mantels.
Vorteilhaft ist es, dass der Innenzylinder an seiner Außenfläche und/oder der Außenzylinder an seiner Innenfläche in zumindest einem der Randbereiche eine Strukturierung aufweist. Die Strukturierung ermöglicht es, die Übertragung von Drehmomenten beziehungsweise Torsionskräften zwischen dem Innenzylinder und dem Außenzylinder, insbesondere bei der weitestgehend kraftschlüssigen Verbindung der Teile untereinander, zu erhöhen. Die Strukturierung wird vorzugsweise bereits bei der Erzeugung des Innenzylinders und/oder des Außenzylinders hergestellt, beispielsweise beim Guss urgeformt. Es ist auch möglich, die Strukturierung später durch Nacharbeit zu erzeugen. Die Strukturierung ist vorzugsweise als eine Rändelung ausgeführt. Weitere vorteilhafte Ausführungsarten sind achsparallel angeordnete und/oder orientierte Kerben und/oder Stege. Diese ermöglichen ein gegenseitiges Verzahnen beim Fügen von Innenzylinder und Außenzylinder. Die Fügeflächen im Randbereich sind vorzugsweise rotationssymmetrisch ausgebildet. Die Strukturierung, insbesondere Rändelung, ermöglicht eine feste und dauerhafte Verbindung von Innenzylinder, auch Statorträger genannt, mit dem Außenzylinder des Gehäuses allein durch kaltes Verpressen. Hierbei werden die Dichtungsflächen und Fügeflächen für den Kraft- und/oder Formschluss beider Bauelemente gepaart. Das Dichtelement wird dabei nicht, teilweise oder vollständig verpresst, also zwischen dem Innenzylinder und dem Außenzylinder komprimiert.
Es hat sich weiterhin bewährt, dass an der Außenfläche des Innenzylinders und/oder an der Innenfläche des Außenzylinders an zumindest einem der Randbereiche ein Dichtelement aufgebracht ist. Das Dichtelement ermöglicht bereits eine Mindestdichtigkeit des Zwischenraums während der Montage der elektrischen Maschine. Dabei kann die Prüfung der Dichtigkeit des Zwischenraums sofort nach dem Zusammensetzen von Außenzylinder und Innenzylinder, insbesondere vor dem Fügen der beiden Teile zum Mantel erfolgen. Bei einer unzureichenden Dichtigkeit des Zwischenraums kann der Mantel ausgesondert und gegebenenfalls nachgearbeitet werden. Das Dichtelement ist vorzugsweise eine Dichtlippe oder ein Dichtring, beispielsweise ein O-Ring. Das Dichtmittel kann auch ein flüssiges oder pastöses Dichtungsmittel sein. Besonders günstig ist ein Dichtelement aus einem Elastomer, einem Weichmetall, einem Kunststoff oder einem ähnlichen Werkstoff, welcher sich bei dem Fügen der Teile des Mantels verformt und so die Wirkung der Abdichtung erhöht.
Das Dichtelement ist vorzugsweise zwischen dem Zwischenraum und der Strukturierung an der Innenfläche des Außenzylinders und/oder der Außenfläche des Innenzylinders angeordnet. Hierdurch ist es möglich, insbesondere vor dem Fügen des Mantels, zu verhindern, dass das Prüffluid oder das Kühlmittel an die Strukturierung gelangen. So sind die Strukturierung und somit die Flächen der Drehmomentübertragung vor Korrosion geschützt.
Gemäß einer Weiterbildung der Erfindung ist an der Innenfläche des Außenzylinders und/oder an der Außenfläche des Innenzylinders zumindest eine Pass- und/oder Zentrierfläche vorgesehen beziehungsweise es ist an einer der Stirnflächen des Außenzylinders und/oder des Innenzylinders und/oder an wenigstens einem der Lagerschilde zumindest eine Pass- und/oder Zentrierfläche vorgesehen. Die Pass- und/oder Zentrierflächen dienen bei der Montage der Bauelemente beispielsweise zur gegenseitigen Zentrierung, insbesondere in Bezug auf die Drehachse des Rotors, oder als Anschlagkante zum lagesicheren Erreichen einer relativen Position der Bauelemente zueinander. Die Zentrierung ist insbesondere bei der Montage des Außenzylinders mit dem Innenzylinder und bei der Montage der Lagerschilde an dem Außenzylinder und/oder dem Innenzylinder hilfreich.
Eine günstige Ausführungsform der Erfindung ist es, dass an der Außenfläche des Innenzylinders zumindest ein die Innenfläche des Außenzylinders berührender Stützkörper angeordnet ist und/oder an der Innenfläche des Außenzylinders zumindest ein die Außenfläche des Innenzylinders berührender Stützkörper angeordnet ist. Mittels des Stützkörpers ist es möglich, die Versteifung des Mantels herbeizuführen. Vorzugsweise umfasst der Mantel mehrere Stützkörper, welche so dimensioniert sind, dass sie nach dem Fügen des Außenzylinders mit dem Innenzylinder zum Mantel an der Oberfläche des jeweils anderen Bauelements anliegen. Neben der Steifigkeit verbessern die Stützkörper auch die Übertragung der Wärme aus dem Stator an das Kühlmedium, da durch die mechanische Kontaktierung eine Wärmeübertragung an den Außenzylinder erfolgt. So kann dessen Innenfläche auch zur Übertragung von Wärme an das Kühlmedium beitragen.
Als vorteilhaft herausgestellt hat sich, dass an der Außenfläche des Außenzylinders Versteifungselemente angeordnet sind. Die Versteifungselemente verbessern die Festigkeit und die Formbeständigkeit des Gehäuses, insbesondere des Außenelements. Dies hat besonders bei der Montage und im Wesentlichen beim Fügen des Mantels eine hohe Bedeutung, da hier die Struktur des Gehäuses hohe, von außen wirkende Kräfte aufnehmen und übertragen muss. Dabei ist es günstig, dass die Versteifungselemente und die Stützkörper hinsichtlich ihrer Positionierung einander zugeordnet sind und vorzugsweise in gemeinsamen, insbesondere zur Drehachse senkrecht orientierten Ebenen angeordnet sind. So können die durch die Stützkörper auf den Außenzylinder übertragenen Querkräfte an dem Außenzylinder direkt von den Versteifungselementen aufgenommen werden.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform ist die elektrische Maschine nach einem Verfahren gemäß zumindest einem der Ansprüche 1 bis 4 hergestellt.
Die Erfindung lässt zahlreiche Ausführungsformen zu. Zur weiteren Verdeutlichung ihres Grundprinzips sind einige davon in der Zeichnung dargestellt und werden nachfolgend beschrieben. Die Zeichnung zeigt in
1 eine schematische Darstellung eines Querschnitts einer ersten Ausführungsform einer elektrischen Maschine;
2 eine schematische Darstellung einer Ansicht der in 1 gezeigten Maschine;
3 eine schematische Darstellung einer Ansicht eines Gehäuses einer zweiten Ausführungsform der elektrischen Maschine;
4 eine schematische Darstellung einer ersten Variante des in 3 gezeigten Gehäuses in einem Querschnitt;
5 eine schematische Darstellung einer zweiten Variante des in 3 gezeigten Gehäuses in einem Querschnitt;
6 eine schematische Darstellung einer Ansicht eines Innenzylinders des in 3 gezeigten Gehäuses;
7 eine schematische Darstellung eines Innenzylinders des in den 3 und 6 gezeigten Gehäuses in einem Querschnitt;
8 ein schematisches Verfahren zur Herstellung der in den 1 bis 7 gezeigten elektrische Maschine.
1 zeigt in einer geschnittenen Darstellung eine erste Ausführungsform einer elektrischen Maschine 1, insbesondere eines Antriebsmotors für ein Fahrzeug, bestehend aus einem Gehäuse 2, einem in dem Gehäuse 2 aufgenommenen Stator, und einem in dem Gehäuse 2 drehbar um eine Drehachse 4 gelagerten Rotor 5. Eine Welle 6 trägt den Rotor 5. Die Welle 6 ist zweiteilig und beiderseits koaxial zur Drehachse an dem Rotor 5 angeordnet. Das Gehäuse 2 besteht aus einem Mantel 7 und axial zur Drehachse 4 beiderseits des Mantels 7 abgeordneten Lagerschilden 8 mit jeweils wenigstens einem Lager 9. Die Lager 9 tragen die Welle 6 und das Lagerschild 8 des Gehäuses 2 trägt das Lager 9. Der Stator 3 empfängt elektrische Energie und erzeugt ein rotierendes magnetisches Feld. Von dem rotierenden magnetischen Feld wird der Rotor 5 um die Drehachse 4 bewegt.
2 zeigt eine Ansicht der in 1 gezeigten elektrischen Maschine 1.
3 zeigt eine Ansicht eines Gehäuses 2 einer zweiten Ausführungsform einer elektrischen Maschine 1. Das Gehäuse 2 besteht aus einem Mantel 7 und den beiden Lagerschilden 8. An einem der Lagerschilde 8 ist eine Aufnahme 10 für Kabel zur Energieversorgung und Signalübertragung angeordnet. Der radial zur Drehachse 4 zweiteilige Mantel 7 umfasst einen Innenzylinder 11 und einen Außenzylinder 12. Der Innenzylinder 11 und der Außenzylinder 12 sind konzentrisch zu der Drehachse 4 angeordnet und schließen einen Zwischenraum 13 ein. Der Zwischenraum 13 ist als ein Kühlkanal vorgesehen. Der Außenzylinder 12 hat wenigstens eine Öffnung 23 für den Zulauf und/oder Ablauf eines Kühlmittels im Zwischenraum 13. Die Verbindung des Lagerschilds 8 mit dem Außenzylinder 12 ist bei dieser Ausführungsform mittels Schraubverbindungen 24 vorgesehen.
Die 4 und 5 zeigen zwei Varianten des in 3 dargestellten Gehäuses 2. Der Innenzylinder 11 weist an seiner Außenfläche 14 in beiden Randbereichen 15 eine Strukturierung 16 auf. Die Strukturierung 16 ist vorzugsweise eine Rändelung und dient der Erhöhung der Übertragungsfähigkeit von Drehmomenten zwischen dem Innenzylinder 11 und dem Außenzylinder 12. An der Außenfläche 14 des Innenzylinders 11 und/oder an der Innenfläche 17 des Außenzylinders 12 ist im Randbereich 15 ein Dichtelement 18 aufgebracht, welches bei einer Anordnung des Innenzylinders 11 in dem Außenzylinder 12 sowohl an der Innenfläche 17 des Außenzylinders 12 als auch an der Außenfläche 14 des Innenzylinders 11 anliegt. An der Innenfläche 17 des Außenzylinders 12 und an der Außenfläche 14 des Innenzylinders 11 sind einander zugeordnete Zentrierflächen 19 vorgesehen, welche die koaxiale Positionierung des Innenzylinders 11 in dem Außenzylinder 12 erleichtern. Weiterhin weisen der Innenzylinder 11 und zumindest eines der Lagerschilde 8 einander zugeordnete Zentrierflächen 19 auf, welche als Anschlag und der koaxialen Positionierung des Lagerschilds 8 dienen. An der Außenfläche 14 des Innenzylinders 11 sind mehrere, die Innenfläche 17 des Außenzylinders 12 berührende Stützkörper 20 vorgesehen, welche gegenüber der Profilierung des Zwischenraums 13 erhaben sind und an der Innenfläche 17 des Außenzylinders 12 anliegen. An der Außenfläche 21 des Außenzylinders 12 sind mehrere Versteifungselemente 22 angeordnet. Die Versteifungselemente 22 und die Stützkörper 20 sind hinsichtlich ihrer Positionierung einander zugeordnet, wobei sie paarweise in gemeinsamen, insbesondere zur Drehachse 4 senkrechten Ebenen angeordnet sind.
Bei der in 4 dargestellten ersten Variante des Gehäuses 2 ist eines der Lagerschilde 8 mit dem Außenzylinder 12 einteilig ausgeführt. Das Dichtelement 18 ist in dieser Variante ein O-Ring.
Bei der in 5 dargestellten zweiten Variante des Gehäuses 2 sind die Lagerschilde 8 als von dem Außenzylinder 12 und dem Innenzylinder 11 unabhängige Bauelemente ausgeführt. Das Dichtelement 18 ist in dieser Variante eine in den Innenzylinder 11 eingepresste Lippe.
Die 6 und 7 zeigen einen Innenzylinder 11 des in 3 dargestellten Gehäuses 2. Der Innenzylinder 11 hat zwei Randbereiche 15, welche auf der Außenseite 14 eine Strukturierung 16 in Form einer Rändelung aufweisen. Zwischen den Randbereichen 15 sind in der Außenfläche 14 Erhebungen und/oder Senken eingebracht, welche einen Teil der Begrenzung des in den 3 bis 5 gezeigten Zwischenraums 13 darstellen. Im Bereich 26 des Zwischenraums 13 sind in gleichmäßigen Abständen ringförmig um den Außenzylinder 12 Stützkörper 20 vorgesehen. Zwischen dem Bereich 26 des Zwischenraums 13 und den die Strukturierung 16 aufweisenden Fügeflächen 27 sind die Dichtelemente 18 angeordnet. Der Randbereich 15 umfasst neben den Fügeflächen 27 auch die Dichtungsflächen 28. Die Dichtungsflächen 28 dienen dem räumlichen Abschluss des Zwischenraums 13, insbesondere der Minimierung des Kühlmittelaustritts aus dem Zwischenraum 13. Die Fügeflächen 27 sind für den Kraft- und/oder Formschluss des Innenzylinders 11 und des Außenzylinders 12 aneinander vorgesehen. An der Innenfläche 28 des Innenzylinders 11 liegt der hier nicht dargestellte Stator 3 an.
8 zeigt an einem Flussdiagramm schematisch ein bevorzugtes Verfahren 29 zur Herstellung der in den 1 bis 7 gezeigten elektrische Maschine 1. Zunächst wird der Mantel 7 zusammengesetzt 30. Dabei werden der Innenzylinder 11 und der Außenzylinder 12 ineinander angeordnet. Zwischen dem Innenzylinder 11 und dem Außenzylinder 12 wird so zugleich der von Innenzylinder 11 und Außenzylinder 12 begrenzte und als Kühlkanal vorgesehene Zwischenraum 13 gebildet. Anschließend wird die Dichtigkeit des Zwischenraums 13 geprüft 31. Bei der Prüfung 31 wird der Zwischenraum 13 mit einem Fluid gefüllt und dann mit einem Druck beaufschlagt. Ist die Prüfung positiv, wird die Herstellung fortgesetzt. Bei einem negativen Prüfungsausgang wird das Werkstück ausgesondert. Dann werden der Mantel 7 und der Stator 3 verbunden 32. Die Verbindung von Mantel 7, insbesondere dessen Innenzylinder 11, und Stator 3 erfolgt mittels Eindehnen und/oder Aufschrumpfen. Nach dem Verbinden 32 von Mantel 7 und Stator 3 erfolgt eine weitere Prüfung 35 der Dichtigkeit des Zwischenraums 13. Fällt auch diese positiv aus, werden Innenzylinder 11 und Außenzylinder 12 gefügt 36 und anschließend wird der Rotor 5 in dem Stator 3 angeordnet 33. Schließlich werden die Lagerschilde 8 an dem Mantel 7 befestigt 34.
Bezugszeichenliste

1: elektrische Maschine
2: Gehäuse
3: Stator
4: Drehachse
5: Rotor
6: Welle
7: Mantel
8: Lagerschild
9: Lager
10: Aufnahme
11: Innenzylinder
12: Außenzylinder
13: Zwischenraum
14: Außenfläche (Innenzylinder)
15: Randbereich
16: Strukturierung
17: Innenfläche (Außenzylinder)
18: Dichtelement
19: Zentrierfläche
20: Stützkörper
21: Außenfläche (Außenzylinder)
22: Versteifungselement
23: Öffnung
24: Schraubverbindung
25: Innenfläche (Innenzylinder)
26: Bereich
27: Fügefläche
28: Dichtungsfläche
29: Verfahren
30: Zusammensetzen
31: Prüfung (Dichtigkeit)
32: Verbinden (Mantel und Stator)
33: Anordnen (Rotor und Stator)
34: Befestigung (Lagerschild)
35: Zweite Prüfung
36: Fügen

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

DE 102009034235 A1 [0003]
DE 4333613 A1 [0004]
DE 102008040873 A1 [0005]

Claims

Verfahren (29) zur Herstellung einer elektrischen Maschine (1) bestehend aus einem Gehäuse (2), einem in dem Gehäuse (2) aufgenommenen Stator (3) und einem in dem Gehäuse (2) aufgenommenen und relativ zu dem Gehäuse (2) und dem Stator (3) um eine Drehachse (4) rotierend gelagerten Rotor (5), wobei das Gehäuse (2) aus zwei Lagerschilden (8) und einem radial zweiteiligen Mantel (7) besteht, der einen Innenzylinder (11) und einen Außenzylinder (12) umfasst, welche konzentrisch zu der Drehachse (4) angeordnet sind, wobei nacheinander – der Mantel (7) zusammengesetzt (30) wird, wobei der Innenzylinder (11) und der Außenzylinder (12) ineinander angeordnet werden und so ein von dem Innenzylinder (11) und dem Außenzylinder (12) begrenzter und als Kühlkanal vorgesehener Zwischenraum (13) gebildet wird, – die Dichtigkeit des Zwischenraums (13) geprüft (31) wird, wobei der Zwischenraum (13) mit einem Fluid gefüllt und dann mit einem Druck beaufschlagt wird, – der Mantel (7) und der Stator (3) mittels Eindehnen und/oder Aufschrumpfen verbunden (32) werden, wobei die Raumausdehnung von Mantel (7) und Stator (3) mittels deren Temperaturdifferenz beeinflusst werden, dann Mantel (7) und Stator (3) ineinander angeordnet werden und schließlich die Temperaturdifferenz verringert und eine zumindest kraftschlüssige Verbindung zwischen Stator (3) und Mantel (7) hergestellt wird, – der Rotor (5) in dem Stator (3) angeordnet (33) wird und – zumindest eines der Lagerschilde (8) an dem Mantel (7) befestigt (34) wird.
Verfahren (29) zur Herstellung einer elektrischen Maschine (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass nach dem Verbinden (32) von Mantel (7) und Stator (3) eine zweite oder eine letzte Prüfung (35) der Dichtigkeit des Zwischenraums (13) erfolgt.
Verfahren (29) zur Herstellung einer elektrischen Maschine (1) nach den Ansprüchen 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass nach der ersten Prüfung (31) oder nach der zweiten Prüfung (35) der Außenzylinder (12) und der Innenzylinder (11) gefügt (36) werden, wobei zwischen Außenzylinder (12) und Innenzylinder (11) eine Pressverbindung erzeugt wird.
Verfahren (29) zur Herstellung einer elektrischen Maschine (1) nach zumindest einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass nach dem Verbinden (32) von Stator (3) und Mantel (7) zumindest eine der Pass- und Zentrierflächen (19) des Mantels (7) zur Anlage von zumindest einem der Lagerschilde (8) an dem Mantel (7) bearbeitet wird.
Elektrische Maschine (1), bestehend aus einem Gehäuse (2), einem in dem Gehäuse (2) aufgenommenen Stator (3) und einem in dem Gehäuse (2) aufgenommenen und relativ zu dem Gehäuse (2) und dem Stator (3) um eine Drehachse (4) rotierend gelagerten Rotor (5), dadurch gekennzeichnet, dass das Gehäuse (2) aus einem radial zweiteiligen Mantel (7) mit einem Innenzylinder (11) und einem Außenzylinder (12) besteht, wobei der Innenzylinder (11) und der Außenzylinder (12) konzentrisch zu der Drehachse (4) angeordnet sind und einen als Kühlkanal vorgesehenen Zwischenraum (13) einschließen, und das Gehäuse (2) zwei Lagerschilde (8) umfasst.
Elektrische Maschine (1) nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass eines oder beide der Lagerschilde (8) als von dem Mantel (7) unabhängige Bauelemente ausgeführt sind.
Elektrische Maschine (1) nach den Ansprüchen 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, dass der Innenzylinder (11) an seiner Außenfläche (14) und/oder der Außenzylinder (12) an seiner Innenfläche (17) im Randbereich (15) eine Strukturierung (16) aufweist.
Elektrische Maschine (1) nach zumindest einem der vorangehenden Ansprüche 5 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass an der Außenfläche (14) des Innenzylinders (11) und/oder an der Innenfläche (17) des Außenzylinders (12) im Randbereich (15) ein Dichtelement (18) aufgebracht ist.
Elektrische Maschine (1) nach zumindest einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass an der Außenfläche (14) des Innenzylinders (11) zumindest ein die Innenfläche (17) des Außenzylinders (12) berührender Stützkörper (20) angeordnet ist und/oder an der Innenfläche (17) des Außenzylinders (12) zumindest ein die Außenfläche (14) des Innenzylinders (11) berührender Stützkörper (20) angeordnet ist.
Elektrische Maschine (1) nach zumindest einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass an der Außenfläche (21) des Außenzylinders (12) Versteifungselemente (22) angeordnet sind.