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Vorliegende Erfindung betrifft ein Antriebsmodul für ein Hybridfahrzeug oder ein Elektrofahrzeug mit einer elektrischen Maschine, sowie ein Gehäuse, einen Statorträger und/oder eine Schaltringaufnahme für ein derartiges Antriebsmodul bzw. eine derartige elektrische Maschine.
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Elektrische Maschinen weisen üblicherweise einen Stator und einen Rotor auf, die an sogenannten Statorträgern und Rotorträgern befestigt sind. Üblicherweise ist zudem die elektrische Maschine in einem Gehäuse angeordnet, an dem der Statorträger drehfest angeordnet ist. Derartige Elektromaschinen werden insbesondere bei Elektro- und Hybridfahrzeugen eingesetzt, die hinsichtlich ihres Energieverbrauchs einen Vorteil gegenüber herkömmlichen Fahrzeugen aufweisen. Die in Elektro- und Hybridfahrzeugen eingesetzten Elektromotoren bzw. Generatoren müssen jedoch hohe Leistungen und Drehmomente liefern, was eine hohe Abwärme durch Ohmsche Verluste in den Statoren nach sich zieht. Damit diese Abwärme keine Beschädigungen hervorruft, werden üblicherweise der Stator und der Rotor gekühlt. Dazu werden üblicherweise aktive oder passive Kühlsysteme verwendet, wobei bei einer aktiven Kühlung ein Kühlfluid aktiv über zusätzliche Elemente an den Stator und/oder den Rotor geführt wird, während bei passiven Kühlsystemen ein Fluid, welches beispielsweise bereits für die Kühlung oder Betätigung der Kupplung verwendetet wird, über Fliehkräfte an den Rotor und von diesem über die Rotationsbewegung nach außen in Richtung Stator geschleudert wird, wodurch der Stator gekühlt wird. Hat das Fluid den Stator passiert, so prallt es üblicherweise an das Gehäuse, wodurch die Luft aus dem Fluid ausgetrieben wird und eine teilweise Entschäumung stattfindet, so dass das Fluid in einen Fluidsumpf im unteren Bereich der elektrischen Maschine ablaufen kann. Weiterhin können, wie beispielsweise in der
US 2012/062055 gezeigt, an dem Gehäuse Rippen angeordnet sein, die das Fluid abfangen und in den Fluidsumpf leiten.
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Nachteilig bei vorliegendem Stand der Technik ist jedoch, dass das durch die Rotationsbewegung des Rotors abgeschleuderte Fluid nicht vollständig an den Gehäusewänden auftrifft, sondern sich im Inneren des Gehäuses ein sogenannter Fluidnebel ausbildet, der sich aufgrund der wirkenden Gravitation ohne einen Entschäumungsvorgang in dem Fluidsumpf absetzt. Ein nicht entschäumtes Fluid kann jedoch nicht oder nur schwer aus dem Antriebsmodul abgeführt werden.
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Aufgabe vorliegender Erfindung ist es deshalb, eine Vorrichtung bereitstellen, mittels der eine Entschäumung des Fluids in einem Antriebsmodul bzw. allgemein in einer elektrischen Maschine verbessert werden kann.
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Diese Aufgabe wird durch ein Antriebsmodul gemäß Patentanspruch 1, sowie ein Gehäuse, einen Statorträger und/oder eine Schaltringaufnahme gemäß Patentanspruch 13 gelöst.
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Das im Folgenden beschriebene Antriebsmodul kann sowohl ein Antriebsmodul für ein Hybridfahrzeug als auch für ein Elektrofahrzeug sein. Das bedeutet, es kann mit mindestens einer Kupplungsvorrichtung ausgestattet sein, mit der ein Verbrennungsmotor alternativ oder zusätzlich zu dem Elektromotor für einen Antrieb sorgt, es ist jedoch auch möglich, dass das Antriebsmodul lediglich die elektrische Maschine aufweist und somit rein für den Betrieb in einem Elektrofahrzeug geeignet ist.
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Ein erster vorteilhafter Aspekt vorliegender Erfindung betrifft ein Antriebsmodul für ein Hybridfahrzeug oder ein Elektrofahrzeug mit einem Gehäuse, in dem zumindest eine elektrische Maschine angeordnet ist, wobei das Gehäuse in einem geodätisch unteren Bereich einen Fluidauslass aufweist, durch den ein Fluid, das insbesondere zum Kühlen der elektrischen Maschine in das Gehäuse eingebracht wird, aus dem Gehäuse abführbar ist. Um eine verbesserte Fluidentschäumung, insbesondere im Bereich des Fluidauslasses bereitzustellen, wird erfindungsgemäß vorgeschlagen, im Bereich des Fluidauslasses mindestens ein Fluidleitelement anzuordnen. Dieses Fluidleitelement sorgt für eine gezielte Fluidführung, wodurch wiederum eine Fluidentschäumung erreicht wird. Dadurch kann auch Fluid bzw. Fluidschaum der keine Entschäumung über ein Herabfließen an dem Gehäuse erfahren hat, zuverlässig entschäumt werden, bevor er in den Fluidauslass eintritt.
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Dazu ist, wie ein weiteres vorteilhaftes Ausführungsbeispiel zeigt, das Fluidleitelement derart angeordnet, dass der im Gehäuse angeordneter Fluidauslass von dem Fluidleitelement zumindest teilweise überdeckt ist. Dadurch fließt Fluid nicht unkontrolliert in den Fluidauslass, sondern wird über das Fluidleitelement geführt, so dass eine Entschäumung im Fluid erfolgen werden kann.
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Eine besonders gute Entschäumung kann dabei dadurch erreicht werden, dass, wie ein weiteres bevorzugtes Ausführungsbeispiel zeigt, das Fluidleitelement derart angeordnet ist, dass zwischen Fluidleitelement und Gehäuse ein Labyrinthkanal ausgebildet ist. Dadurch kann vorteilhafterweise die Strecke, entlang derer das Fluid geführt und entschäumt wird, vergrößert werden.
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Gemäß einem weiteren vorteilhaften Ausführungsbeispiel liegt das Fluidleitelement an einer umfänglichen Seite, insbesondere an seiner geodätisch untersten Stelle, radial an dem Gehäuse an. Dadurch kann Fluid nur über eine Seite des Fluidelements in Richtung des Fluidauslasses geführt werden, wodurch ein besonders langer Entschäumungsweg bereitgestellt ist, was wiederum für eine optimierte Entschäumung sorgt.
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Gemäß einem weiteren bevorzugten Ausführungsbeispiel kann das Fluidleitelement als integrales Element mit dem Gehäuse ausgebildet sein. Dadurch wird direkt der Fluidauslass zumindest teilweise überdeckt. Auf eine besondere und aufwändige Anordnung oder zusätzliche Montage eines Fluidleitelements kann vorteilhafterweise verzichtet werden.
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In einem weiteren bevorzugten Ausführungsbeispiel weist die elektrische Maschine einen Stator und einen Statorträger auf, wobei vorzugsweise neben dem Statorträger für die Bestromung des Stators eine Schaltringaufnahme für mindestens einen Schaltring angeordnet ist. Dabei ist insbesondere bevorzugt, wenn das Fluidleitelement an dem Statorträger und/oder der Schaltringaufnahme angeordnet und/oder integral damit ausgebildet ist. Durch diese Ausgestaltung kann der Fluidauslass in einfacher Weise überdeckt werden.
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Weiterhin kann vorteilhaft sein, wenn sich das Fluidleitelement axial von dem Statorträger und/oder der Schaltringaufnahme bis zu dem Gehäuse, insbesondere zu einer Seitenwand des Gehäuses erstreckt. Dadurch kann Fluid, das in dem Innenraum der elektrischen Maschine vorhanden ist bzw. an den Gehäusewänden herabläuft nicht direkt in den Fluidauslasskanal eingeleitet werden, sondern wird von dem Fluidleitelement aufgefangen und entlang des Entschäumungswegs geleitet. Dadurch kann sichergestellt werden, dass eine besonders gute Entschäumung des Fluids bereitgestellt ist.
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Gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel können am Statorträger sich axial erstreckende Befestigungselemente vorgesehen sein, mittels derer der Statorträger drehfest an dem die elektrische Maschine aufnehmenden Gehäuse anordenbar ist. Dabei ist insbesondere bevorzugt, wenn eines der Befestigungselemente insbesondere ein unteres Befestigungselement als Fluidleitelement ausgebildet ist. Auf ein zusätzliches ausgebildetes Fluidleitelement kann dadurch verzichtet werden. Die gezielte Anordnung des Befestigungselements in Überdeckung des Fluidauslasses kann insbesondere durch die definierte Anschlussstelle des Statorträgers und der Schaltringaufnahme festgelegt sein.
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Gemäß einem weiteren vorteilhaften Ausführungsbeispiel weist der Fluidauslass entlang seines Umfangs eine erste und eine zweite sich im Wesentlichen radial erstreckende Fluidauslasswand auf, wobei das Fluidleitelement mit einer der Fluidauslasswände direkt abschließt. Dadurch kann ein maximaler Fluidleitweg erreicht werden, so dass eine besonders gute Entschäumung auftritt. Gleichzeitig ist dadurch sichergestellt, dass Fluid nur über die nicht das Gehäuse kontaktierende Seite in einen zwischen Gehäuse und Fluidleitelement ausgebildeten Kanal eintreten kann. Dazu ist besonders vorteilhaft, wenn das Fluidleitelement an der anderen umfänglichen Seite als vom Gehäuse beabstandet angeordnet ist. Dadurch ist sichergestellt, dass ausreichend Fluid in den Fluidlauslass abführbar ist.
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Insbesondere ist vorteilhaft, wenn das Fluidleitelement als Fluidleitblech ausgebildet ist. Ein derartiges Element ist leicht zu fertigen und kann einfach befestigt werden, so dass der Fluidauslass zumindest teilweise von dem Fluidleitelement überdeckt wird und eine Fluidentschäumung besonders gut verwirklicht werden kann.
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Ein weiterer Aspekt vorliegender Erfindung betrifft ein Gehäuse und/oder einen Statorträger und/oder eine Schaltringaufnahme für ein oben beschriebenes Antriebsmodul, wobei an dem Gehäuse, dem Statorträger und/oder der Schaltringaufnahme das oben beschriebene Fluidleitelement ausgebildet ist. Selbstverständlich können auch andere im unteren Bereich des Gehäuses bzw. im Bereich des Fluidauslasses angeordnete Elemente ein Fluidleitelement aufweisen. Alternativ kann das Fluidleitelement auch als separates Element im Gehäuse angeordnet sein.
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Weitere Vorteile und bevorzugte Ausführungsbeispiele sind in den Unteransprüchen, der Beschreibung und den Zeichnungen definiert.
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Im Folgenden soll die Erfindung anhand von in den Figuren dargestellten Ausführungsbeispielen näher beschrieben werden. Dabei sind die gezeigten Ausführungsbeispiele rein exemplarischer Natur und sollen nicht den Schutzbereich der Anmeldung festlegen. Dieser wird allein durch die anhängigen Ansprüche definiert.
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Es zeigen:
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1 eine schematische Schnittansicht durch ein erfindungsgemäßes Antriebsmodul;
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2 eine schematische perspektivische Ansicht auf einen erfindungsgemäßen Statorträger;
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3 eine schematische Seitenansicht eines Details eines zweiten Ausführungsbeispiels des erfindungsgemäßen Statorträgers im Zusammenbau mit dem Gehäuse;
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4 eine schematische Aufsicht auf den Statorträger von Motorseite im Zusammenbau mit dem Gehäuse.
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Im Folgenden werden gleiche oder funktionell gleichwirkende Elemente mit denselben Bezugszeichen gekennzeichnet.
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1 zeigt eine schematische Schnittansicht durch ein Antriebsmodul 100. Derartige Antriebsmodule 100 werden in Hybridfahrzeugen eingesetzt, bei denen neben einer Verbrennungsmaschine (nicht dargestellt) eine elektrische Maschine 1 zum Antrieb verwendet wird. Um den Betrieb mittels der Verbrennungsmaschine allein, in Kombination mit der elektrischen Maschine 1, oder mit der elektrischen Maschine 1 allein zu ermöglichen, wird eine Getriebewelle 2 wahlweise mit einer Motorabtriebswelle 4 oder einer Rotornabe 6 mittels einer Kupplungsvorrichtung 8 verbunden. Dabei ist die Rotornabe 6 üblicherweise drehfest mit der Getriebeeingangswelle 2 verbunden, so dass bei geöffneter Kupplung 8 ein Drehmoment von der elektrischen Maschine 1 auf die Getriebeeingangswelle 2 übertragbar ist.
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Dazu weist die elektrische Maschine 1 in bekannter Weise einen Stator 10 und einen Rotor 12 auf, wobei der Rotor 12 wiederum über einen Rotorträger 14 drehfest mit der Rotornabe 6 verbunden ist. Der Stator 10 selbst weist einen Statorträger 16 auf, der drehfest mit einem Gehäuse 18 verbunden ist und gleichzeitig ein Blechpaket trägt, das ebenfalls in bekannter Weise eine Vielzahl von Statorzähnen aufweist, an denen die Statorspulen angeordnet sind. Zur Bestromung des Stators 10 ist weiterhin axial neben dem Stator 10, in dem hier dargestellten Ausführungsbeispiel verbrennungsmotorseitig, eine Schaltringaufnahme 20 mit elektrischen Phasen-Verbindungsleitern angeordnet, die eine Statorwicklung des Stators 10 bestromt und den Rotor 12 antreibt.
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Da zum Antrieb eines Fahrzeugs viel Energie aufgewandt werden muss, entsteht auch beim Betrieb der elektrischen Maschine 1 eine große Abwärme, die mittels einer Kühlung abgeführt werden muss. Dazu ist, wie weiterhin 1 zeigt, in einem unteren Bereich der elektrischen Maschine ein Kühlfluidsumpf 22 vorgesehen, der einen geodätisch unteren Bereich des Stators 10 und auch einen Teil des Rotors 12 mit Kühlfluid bedeckt. Dadurch kann der Rotor 12 bei Rotation Kühlfluid aus dem Kühlfluidsumpf 22 mitnehmen und aufgrund von Fliehkraft im gesamten Innenraum verteilen. Gleichzeitig kann, insbesondere wenn Öl als Kühlfluid zum Einsatz kommt, das zum Betrieb der Kupplungsvorrichtung 8 verwendete Öl als Kühlfluid eingesetzt werden, das ebenfalls durch Fliehkräfte an den Rotor 12 und von dort aus weiter an den Stator 10 geführt wird. Neben diesen passiven Kühleinrichtungen kann weiterhin eine hier nicht dargestellte Kühlfluideintragsstelle im Bereich der Statorspulen angeordnet sein, die dazu ausgelegt ist, Kühlfluid direkt auf die Statorspulen und/oder in einen zwischen Rotor 12 und Stator 10 angeordneten Luftspalt zu spritzen.
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Das von dem Rotor 12, der Kupplung 8 und/oder den Kühlfluideintragsstellen im Innenraum verteilte Kühlfluid prallt gegen das Gehäuse 18, fließt dann die Gehäusewände entlang und sammelt sich im Kühlfluidsumpf 22, um von dort aus über einen Fluidauslass 24 in dem Gehäuse 18 in einen Kühlfluidsammelraum 26 abgeleitet zu werden. Gleichzeitig wird in dem Kühlfluidsumpf 22 Kühlfluid, das in einem Kühlfluidnebel in dem Gehäuse 18 vorhanden ist und sich schwerkraftbedingt in einem unteren Bereich des Gehäuses niederschlägt, gesammelt. Aus dem Kühlfluidsammelraum 26 kann das Kühlfluid wiederum einem Kühlfluidreservoir (nicht dargestellt) zugeführt werden, in dem es gekühlt und aus dem es in den Kühlfluidkreislauf, also beispielsweise der Kupplung oder den Kühlfluideintragsstellen, zurückgeführt wird.
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Insbesondere das Kühlfluid, das sich aus dem Kühlfluidnebel in dem unteren Bereich des Gehäuses 18 niederschlägt, hat jedoch noch keine Entschäumung erfahren, so dass es nicht oder nur schwer durch den Kühlfluidauslass 24 in Richtung des Kühlfluidsammelraums 26 abgeführt werden kann. Um eine optimierte Entschäumung des Kühlfluids bereitzustellen, ist deshalb der Fluidauslass 24 zumindest teilweise von einem Fluidleitelement 30 abgedeckt. Dabei kann das Fluidleitelement 30 an einem der im Bereich des Fluidauslasses 24 angeordneten Elemente ausgebildet sein. Beispielhaft sei hier erwähnt, dass das Fluidleitelement 30 als integrales Element des Gehäuses 18 als Bestandteil der Schaltringaufnahme 20 oder des Statorträgers 16 ausgebildet sein kann. Das Fluidleitelement 30 erstreckt sich dabei vorzugsweise bis zum Gehäuse 18, insbesondere bis zu einer Seitenwand 40 (Lagerschild) des Gehäuses 18.
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Im Folgenden wird insbesondere die vorteilhafte Ausgestaltung des Fluidleitelements 30 an dem Statorträger 16 näher beschrieben.
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2 zeigt schematisch eine räumliche Darstellung eines Statorträgers 16. Wie 2 zu entnehmen, weist der Statorträger 16 Befestigungselemente 28 auf, mittels derer er an dem Gehäuse 18 befestigt werden kann. Weiterhin zeigt 2, dass in einem geodätisch unteren Bereich des Statorträgers 16 eines der Befestigungselemente 18 derart am Statorträger 16 oder der Statorträger 16 derart im Gehäuse 18 angeordnet ist, dass darüber das Fluidleitelement 30 ausbildet ist. Das Fluidleitelement 30 ist dabei derart angeordnet, dass es den Fluidauslass 24, der in 2 als gestrichelte Linie dargestellt ist, zumindest teilweise überdeckt. Dadurch kann eine Entschäumung des Fluids erreicht werden, da das Fluid insgesamt in einem unteren Bereich der elektrischen Maschine 1 in seiner Strömungsgeschwindigkeit verlangsamt und gelenkt wird.
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Alternativ oder zusätzlich kann an dem Statorträger 16 das Fluidleitelement 30 aber auch als separates Fluidleitelement 30 ausgebildet sein, wie das Ausführungsbeispiel der 3 zeigt. 3 zeigt dabei eine motorseitige Aufsicht auf den Stator 16, wobei in der Detaildarstellung von 3 nur schematisch die Schaltringaufnahme 20 und ein Befestigungselement 28 des Statorträgers 16 zu sehen sind. Gleichzeitig ist aber angedeutet, dass an dem Statorträger 16 oder auch der Schaltringaufnahme 20 das Fluidleitelement 30 angeordnet sein kann. Alternativ ist es auch gemäß einer Abwandlung von 3 möglich, dass das Fluidleitelement 30 integral mit dem Gehäuse 18 ausgebildet ist. Egal welches Element das Fluidleitelement 30 trägt, oder wie das Fluidleitelement 30 allgemein im Gehäuse 18 angeordnet ist, kann man der Ausgestaltung von 3 entnehmen, dass sich das Fluidleitelement 30 über den Fluidauslass 24 erstreckt, so dass zwischen Fluidleitelement 30 und Gehäuse 18 an einer ersten umfänglichen Seite 32 des Fluidleitelements 30 ein Labyrinthkanal 34 ausgebildet ist, durch den Fluid in Richtung des Fluidauslasses 24 strömen kann. An einer anderen umfänglichen Seite 36 des Fluidleitelements 30 ist jedoch das Fluidleitelement 30 direkt mit dem Gehäuse 18 verbunden oder liegt radial an diesem an, so dass in diesem Bereich kein Fluiddurchlass in Richtung des Fluidauslasses 24 möglich ist.
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Dadurch muss Fluid entlang des Fluidleitelements 30 in Richtung des ersten umfänglichen Endes 32 des Fluidleitelements 30 strömen, um von dort in den Kanal 34 und weiter in Richtung des Fluidauslasses 24 geführt zu werden. Durch diese Strömungsbewegung entlang des Fluidleitelements 30 wird das Fluid entschäumt, so dass es einfach über den Kanal 34 abgeführt werden kann. Zusätzlich kann sich der Fluidauslass 24 in einen weiteren Bereich unterhalb des Fluidleitelements 30 erstrecken, so dass in dem Gehäuse 18 gleichzeitig eine Vertiefung 38 ausgebildet ist, so dass der Kanal 34 mehr Fluid fördern kann. Das Fluidleitelement 30 erstreckt sich vorzugsweise bis an eine Seitenwand 40, insbesondere an das Lagerschild (siehe 1) des Gehäuses 18. Da sich das Fluidleitelement 30 bis an die Seitenwand 40 erstreckt, ist kein Fluidstrom entlang der Längskante 42 (siehe 3) des Fluidleitelements 30 möglich. Dadurch wird sichergestellt, dass das Fluid entlang des mit Pfeilen gekennzeichneten Strömungsweges geleitet wird, wodurch eine besonders gute Entschäumung erreicht wird.
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Dieser Strömungsweg ist nochmals in 4 verdeutlicht, wobei 4 eine Aufsicht auf das in 3 dargestellte Ausführungsbeispiel zeigt. Wieder deutlich zu sehen ist, dass das Fluidleitelement 30 an der ersten Seite 32 kontaktlos zu dem Gehäuse 18 ausgebildet ist, während es an der anderen Seite 36 direkt mit dem Gehäuse verbunden ist. Dabei schließt es vorzugsweise mit einer der radialen Fluidauslasswände 42 direkt ab. Dadurch muss Fluid entlang des durch Pfeile dargestellten Strömungswegs entlang des Fluidleitelements 30 durch den Labyrinthkanal 34 in Richtung des Fluidauslasses 24 strömen, wodurch eine optimierte Entschäumung des Fluids erreicht wird.
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Insgesamt kann mit dem Fluidleitelement 30, das den Fluidauslass 24 zumindest teilweise überdeckt, erreicht werden, dass auch eine Fluidentschäumung im unteren Bereich der elektrischen Maschine 1 stattfindet, so dass insgesamt die Fluidführung verbessert werden kann. Dabei kann das Fluidleitelement 30 an einem beliebigen Teil im unteren Bereich der elektrischen Maschine 1 ausgebildet sein, sei es das Gehäuse 18, das Lagerschild 40, die Schaltringaufnahme 20 oder der Statorträger 16. Insbesondere bevorzugt ist dabei allerdings der Statorträger 16, der bereits Befestigungselemente aufweist, die sich bis zu dem Lagerschild 40 erstrecken. Diese können verlängert oder entsprechend angeordnet werden, um den Fluidauslass 24 zumindest teilweise zu überdecken, wodurch eine optimierte Entschäumung erreicht werden kann.
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Bezugszeichenliste
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- 100
- Antriebsmodul
- 1
- elektrische Maschine
- 2
- Getriebeeingangswelle
- 4
- Antriebsabtriebswelle
- 6
- Rotornabe
- 8
- Kupplungsvorrichtung
- 10
- Stator
- 12
- Rotor
- 14
- Rotorträger
- 16
- Statorträger
- 18
- Gehäuse
- 20
- Schaltringaufnahme
- 22
- Kühlmittelsumpf
- 24
- Fluidauslass
- 26
- Fluidsammelraum
- 28
- Befestigungselement
- 30
- Fluidleitelement
- 32
- erstes umfängliches Ende des Fluidleitelements
- 34
- Labyrinthkanal
- 36
- anderes zweites umfängliches Ende des Fluidleitelements
- 38
- Aussparung
- 40
- Seitenwand des Gehäuses/Lagerschild
- 42
- Fluidauslasswand
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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