DE102014209176A1

DE102014209176A1 - Grundgehäuse für einen Radnabenmotor sowie Radnabenmotor mit dem Grundgehäuse

Info

Publication number: DE102014209176A1
Application number: DE102014209176.4A
Authority: DE
Inventors: Raphael Fischer; Jürgen Osterlänger; Tobias Vogler; Mark LAUGER; Yuan Yao
Original assignee: Schaeffler Technologies AG and Co KG
Current assignee: Schaeffler Technologies AG and Co KG
Priority date: 2014-05-15
Filing date: 2014-05-15
Publication date: 2015-11-19
Also published as: US20170085149A1; WO2015172782A1; CN106464062A

Abstract

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Grundgehäuse für einen Radnabenmotor vorzuschlagen, welches auch in hohen Stückzahlen kostengünstig herstellbar ist. Hierzu wird ein Grundgehäuse 5 für einen Radnabenmotor 2 vorgeschlagen, wobei das Grundgehäuse 5 einen Aufnahmebereich 14 für einen Stator 6 aufweist, mit mindestens einem Statorgehäuseabschnitt 11 zur Anordnung des Stators 6, wobei in dem Statorgehäuseabschnitt 11 Kühlkanäle 15 zur Kühlung des Stators 6 angeordnet sind, und mit einer Kühleinrichtung 26, wobei die Kühleinrichtung 26 die Kühlkanäle 15 bildet, wobei der Statorgehäuseabschnitt 11 aus einem Kunststoff ausgebildet ist und wobei die Kühleinrichtung 26 als ein erstes Einlegeteil zumindest abschnittsweise in dem Statorgehäuseabschnitt 11 in dem Kunststoff eingebettet ist.

Description

Die Erfindung betrifft ein Grundgehäuse für einen Radnabenmotor, wobei das Grundgehäuse einen Aufnahmebereich für einen Stator aufweist, mit mindestens einem Statorgehäuseabschnitt zur Anordnung des Stators, wobei in dem Statorgehäuseabschnitt Kühlkanäle zur Kühlung des Stators angeordnet sind, sowie einen Radnabenmotor mit diesem Grundgehäuse.
Bei Elektrofahrzeugen, also Fahrzeugen, welche über einen Elektromotor angetrieben werden, hat sich neben zentral angeordneten Elektromotoren, welche über ein Getriebe beispielsweise zwei Räder einer angetriebenen Achse mit einem Antriebsdrehmoment versorgen, auch das Konzept des Radnabenmotors durchgesetzt, wobei der Elektromotor unmittelbar an oder in dem Rad verbaut ist.
Ein Beispiel für einen derartigen Radnabenmotor ist in der Druckschrift DE 20 2011 108 560 U1 zu finden. Es handelt sich hierbei um einen Radnabenmotor, welcher einen Motoraufnahmekörper sowie einen Felgenkörper aufweist, wobei der Felgenkörper relativ zu dem Motoraufnahmekörper drehbar gelagert ist und durch einen Motor angetrieben werden kann. Der Motoraufnahmekörper und/oder der Felgenkörper kann im Wesentlichen aus einem Faser-Kunststoff-Verbund hergestellt sein beziehungsweise daraus bestehen.
Die Druckschrift DE 10 2011 081 503 B4 , die wohl den nächstkommenden Stand der Technik bildet, offenbar ein Radnabenantriebssystem mit einem innerhalb einer Felge anordenbaren Elektromotor. Der Stator des Elektromotors ist mit einem stationären Gehäuseabschnitt des Radnabenantriebssystems verbunden. Radial außen liegt an dem Stator ein ringförmiges Kühlelement mit Kühlkanälen an, die mit einer Kühlflüssigkeit, insbesondere Wasser oder einer Wasser-Glykol-Mischung, beaufschlagt werden. Das Kühlelement ist als eine Hülse ausgebildet, an deren radialen Außenseite die Kühlstrukturen eingebracht sind und mit einer zweiten Hülse dichtend abgeschlossen sind.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Grundgehäuse für einen Radnabenmotor vorzuschlagen, welches auch in hohen Stückzahlen kostengünstig herstellbar ist. Diese Aufgabe wird durch ein Grundgehäuse mit den Merkmalen des Anspruchs 1 sowie durch einen Radnabenmotor mit den Merkmalen des Anspruchs 10 gelöst. Bevorzugte oder vorteilhafte Ausführungsformen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen, der nachfolgenden Beschreibung sowie den beigefügten Figuren.
Im Rahmen der Erfindung wird ein Grundgehäuse vorgeschlagen, welches für einen Radnabenmotor eines Fahrzeugs geeignet und/oder ausgebildet ist. Bei dem Fahrzeug kann es sich beispielsweise um einen Personenkraftwagen handeln. Alternativ kann jedoch auch vorgesehen sein, dass das Fahrzeug als ein Dreirad oder Zweirad, insbesondere als ein Motorrad, ausgebildet ist. Das Fahrzeug weist mindestens einen Radnabenmotor auf, wobei der Radnabenmotor ein konventionelles Rad des Fahrzeugs ersetzt. Das Fahrzeug kann mehrere derartiger Radnabenmotoren aufweisen, insbesondere weist das Fahrzeug an einer Achse zwei Radnabenmotoren auf.
Das Grundgehäuse wird im Betrieb relativ zu dem Fahrzeug gestellfest und/oder stationär angeordnet und bildet einen Lagerpartner zu dem sich im Betrieb drehenden Reifen des Rades. Das Grundgehäuse und/oder der Radnabenmotor definiert eine Hauptdrehachse, um die das Rad rotiert.
Das Grundgehäuse weist einen Aufnahmebereich für einen Stator auf. Der Stator ist Teil eines Elektromotors für den Radnabenmotor und somit an der Generierung des Antriebsdrehmoments des Radnabenmotors beteiligt. Insbesondere ist der Elektromotor als ein permanenterregter Synchronmotor ausgebildet.
Das Grundgehäuse umfasst einen Statorgehäuseabschnitt zur Anordnung des Stators. In dem Statorgehäuseabschnitt sind Kühlkanäle zur Kühlung des Stators angeordnet. Besonders bevorzugt bildet der Statorgehäuseabschnitt einen Statoraufnahmebereich oder begrenzt diesen in einer radialen Richtung in Bezug auf die Hauptdrehachse. Insbesondere stellt der Statorgehäuseabschnitt eine Zylindermantelfläche bereit, welche koaxial und/oder konzentrisch zu der Hauptdrehachse angeordnet ist. Die Zylindermantelfläche bildet eine radiale Anlagefläche für den Stator. Insbesondere bilden die Kühlkanäle einen Kühlmantel für den Stator.
Im Rahmen der Erfindung wird vorgeschlagen, dass das Grundgehäuse eine Kühleinrichtung umfasst, welche die Kühlkanäle bildet. Der Statorgehäuseabschnitt ist aus einem Kunststoff ausgebildet, wobei vorgesehen ist, dass die Kühleinrichtung zumindest abschnittsweise als ein erstes Einlegeteil in dem Statorgehäuseabschnitt in dem Kunststoff eingebettet ist. Die Kühleinrichtung ist somit als eine separate Komponente ausgebildet, welche in dem Kunststoff des Statorgehäuseabschnitts eingebettet wird. Insbesondere wird die Kühleinrichtung als das erste Einlegeteil bei einem Urformprozess oder einem formgebenden Prozess des Statorgehäuseabschnitts in dem Kunststoff eingebettet.
Es ist dabei eine Überlegung der Erfindung, dass das einbringen von Kühlkanälen fertigungstechnisch aufwendig ist, wenn diese beispielsweise durch ein trennendes Verfahren in ein Material eingebracht werden. Auf der anderen Seite ist es sehr einfach, eine separate Kühleinrichtung herzustellen, die eine beliebige Form aufweist, da hierzu alle zur Verfügung stehenden Fertigungstechniken genutzt werden können. Somit wird im Rahmen der Erfindung wird vorgeschlagen, die Kühleinrichtung als ein erstes Einlegeteil auszubilden, da dieses als Funktionsmodul mittels einer beliebigen Fertigungstechnik in einfacher Weise und/oder kühlmitteldicht hergestellt werden kann.
Die Kühleinrichtung wird nachfolgend in den Kunststoff eingebettet, um den Statorgehäuseabschnitt zu bilden. Dieses Vorgehen hat den Vorteil, dass der Statorgehäuseabschnitt aufgrund des verwendeten Kunststoffes gewichtsoptimiert ist und zudem aufgrund der Verwendung von Kunststoff als Material kostengünstig hergestellt werden kann. Somit wird durch die Erfindung erreicht, dass die Kühlfunktion in das Grundgehäuse massenfertigungstauglich ist, kostengünstig herstellbar ist, massenoptimiert bzw. gewichtsoptimiert ist sowie bauraumoptimiert ausgeführt sein kann.
Bei einer bevorzugten Realisierung der Erfindung ist der Statorgehäuseabschnitt als ein Kunststoffspritzgussteilabschnitt ausgebildet, wobei die Kühleinrichtung als das erste Einlegeteil in den Kunststoffspritzgussteilabschnitt eingespritzt, umspritzt oder angespritzt ist. Der Kunststoffspritzguss ist ein massenfertigungstauglicher Prozess, welcher kurze Taktzeiten mit geringen Herstellungskosten und guten Funktionseigenschaften des Endprodukts verbindet.
In einer bevorzugten konstruktiven Ausgestaltung der Erfindung weist die Kühleinrichtung einen Kühlmantelabschnitt auf. Insbesondere ist der Kühlmantelabschnitt als eine geschlossene Ringform oder als eine hohlzylindrische Form ausgebildet. Der Statorgehäuseabschnitt umfasst einen Ringwandabschnitt und ist insbesondere als eine Ringwand ausgebildet. Der Ringwandabschnitt weist eine dem Stator zugewandte Begrenzungsfläche auf, wobei die Begrenzungsfläche als eine Zylindermantelfläche ausgebildet ist, die koaxial und konzentrisch zu der Hauptdrehachse ausgerichtet ist. Insbesondere weist der Ringwandabschnitt, insbesondere die Ringwand eine hohlzylindrische Form auf. Die dem Stator abgewandte Begrenzungsfläche des Statorgehäuseabschnitts kann jedoch auch beliebig realisiert sein. Der Kühlmantelabschnitt ist in dem Ringwandabschnitt, insbesondere in der Ringwand angeordnet. In dieser Ausgestaltung kann der Stator über die vollständige Breite des Statorgehäuseabschnitts und/oder des Kühlmantelabschnitts gekühlt werden, ohne einen großen Bauraum zu benötigen.
Bei einer bevorzugten Weiterbildung der Erfindung liegt der Kühlmantelabschnitt auf einer dem Stator zugewandten Seite frei oder offen, sodass dieser einen Teil der Anlagefläche für den Stator bildet. Nachdem die Wärmeleitfähigkeit von Kunststoff begrenzt ist, kann auf diese Weise sichergestellt werden, dass der thermische Kontakt zwischen der Kühleinrichtung und dem Stator verbessert ist. Die Kühleinrichtung, insbesondere der Kühlmantelabschnitt, kann beispielsweise ebenfalls aus Kunststoff, Glas, keramischen Bauteilen oder – besonders bevorzugt in dieser Ausgestaltung – einem metallischen Werkstoff bestehen, welcher besonders gut wärmeleitend ist.
In einer bevorzugten Weiterbildung der Erfindung ist der Kühlmantelabschnitt als ein Kühlwendelabschnitt mit Kühlwendeln ausgebildet. Die Kühlwendel sind insbesondere als Rohre oder Leitungen realisiert. Beispielsweise sind die Kühlwendel umlaufend um die Hauptdrehachse spiralförmig aufgewickelt oder verlaufen mäandernd in axialer Richtung. In der bevorzugten Ausgestaltung ist vorgesehen, dass die Kühlwendel in einem Querschnitt, welcher senkrecht zur Längserstreckung der Kühlwendel und/oder senkrecht zu einer Fließrichtung des Kühlmittels in den Kühlwendeln gelegt ist, auf der dem Stator zugewandten Seite abgeflacht sind. Durch das Abflachen wird der Flächenanteil des Kühlmantelabschnitts an der Anlagefläche des Statorgehäuseabschnitts für den Stator erhöht, sodass die Wärmeleitfähigkeit verbessert ist. Alternativ hierzu kann der Kühlmantelabschnitt mit einer Kühlmittelleitstruktur ausgebildet sein, wobei die Kühlkanäle netzartig miteinander verbunden sind.
Bei einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung wird sichergestellt, dass die dem Stator zugewandte Anlagefläche des Statorgehäuseabschnitts vollflächig aus Kunststoff ausgebildet ist, sodass zwischen der Kühleinrichtung, insbesondere dem Kühlmantelabschnitt, und der Anlagefläche ein Kunststoffbereich verbleibt. Bei dieser Ausgestaltung wird erreicht, dass der flächige Kontakt zwischen Stator und Statorgehäuseabschnitt nicht durch isolierende Luftbereiche unterbrochen ist, die sich als Inhomogenitäten im Übergangsbereich zwischen der Kühleinrichtung und dem Kunststoff des Statorgehäuseabschnitts ergeben können. Um diesen Kunststoffbereich besonders thermisch leitfähig zu machen, kann für den Statorgehäuseabschnitt wahlweise ein besonders wärmeleitfähiger Kunststoff verwendet werden. Es ist auch möglich, dass der Statorgehäuseabschnitt aus zwei Kunststoffkomponenten besteht, wobei der Kunststoffbereich zwischen dem Kühlmantelabschnitt und dem Stator aus einem Kunststoff besteht, welcher eine bessere Wärmeleitfähigkeit als der restliche Kunststoff aufweist.
Um durch unvollständiges Einbringen des Kunststoffs, insbesondere unvollständiges Ausspritzen des Kunststoffs isolierende Luftbereiche zwischen der Anlagefläche des Statorgehäuseabschnitts und dem Stator zu vermeiden, wird vorgeschlagen, dass die Kühlwendel in dem genannten Querschnitt in Richtung zu der Anlagefläche konisch oder spitz zulaufend sind, um das Umspritzen und/oder den Zusammenfluss des Kunststoffs in dem Kunststoffbereich zu erleichtern. Dieser Ausgestaltung liegt die Überlegung zugrunde, dass der Kunststoff fertigungsbedingt von einer größeren zu einer geringeren Wandstärke hin fließt.
Bei einer weiteren Alternative der Erfindung wird zwischen dem Statorträgerabschnitt und dem Stator eine Kopplungsschicht aus einem wärmeleitenden Material, insbesondere Kunststoff eingebracht, welche zum einen die mechanische Sicherung des Stators an dem Statorträgerabschnitt und zum anderen eine verbesserte thermische Kopplung zwischen Stator und Statorgehäuseabschnitt umsetzt.
Bei einer möglichen Weiterbildung der Erfindung umfasst das Gehäuse einen Statorträgerabschnitt, welcher mit dem Statorgehäuseabschnitt verbunden ist. Der Statorträgerabschnitt begrenzt einen durch den Statorgehäuseabschnitt gebildeten Statoraufnahmebereich in einer axialen Richtung zu der Hauptdrehachse. Der Statorträgerabschnitt ist an dem Statorgehäuseabschnitt angeformt. Es kann zum einen vorgesehen sein, dass das Grundgehäuse ein zweites Einlegeteil aufweist, welches in dem gleichen Kunststoff wie die Kühleinrichtung eingebettet ist und welches zum Beispiel als ein Metallteil ausgebildet ist, das die mechanische Stabilität des Statorträgerabschnitts umsetzt. Alternativ hierzu kann der Statorträgerabschnitt auch ausschließlich aus Kunststoff bestehen, sodass das Grundgehäuse besonders kostengünstig hergestellt werden kann. Insbesondere wird der Statorträgerabschnitt und der Statorgehäuseabschnitt in einem gemeinsamen Fertigungsschritt durch einen Kunststoffspritzguss einstückig erzeugt.
Bei einer Weiterbildung der Erfindung umfasst das Grundgehäuse einen Elektronikaufnahmeabschnitt zur Aufnahme von Leistungselektronik und/oder von Steuergeräten und/oder von Umrichtergeräten zur Umrichtung eines Gleichstroms von dem Fahrzeug in einen Wechselstrom für den Elektromotor auf. Der Elektronikaufnahmeabschnitt ist auf dem Statorträgerabschnitt angeordnet, jedoch bevorzugt auf einer dem Statorgehäuseabschnitt abgewandten Seite positioniert. Damit bildet der Statorträgerabschnitt eine Trennwand zwischen dem Statorgehäuseabschnitt und dem Elektronikaufnahmeabschnitt. Der Elektronikaufnahmeabschnitt ist an dem Statorgehäuseabschnitt und/oder an dem Statorträgerabschnitt angeformt. Auch der Elektronikaufnahmeabschnitt kann durch den gleichen Kunststoff, insbesondere durch den gleichen Kunststoffspritzgussverfahrensschritt, wie der Statorgehäuseabschnitt und/oder der Statorträgerabschnitt erzeugt sein. Es ist besonders bevorzugt vorgesehen, dass der Elektronikaufnahmeabschnitt, der Statorgehäuseabschnitt und der Statorträgerabschnitt einteilig ausgebildet sind und als ein gemeinsames Kunststoffteil hergestellt sind.
Bei vorteilhaften Weiterbildungen der Erfindung weist die Kühleinrichtung weitere Kühlabschnitte auf, welche durch den Elektronikaufnahmeabschnitt und/oder durch den Statorträgerabschnitt verlaufen, welche die genannten Abschnitte mit Kühlmittel kühlen. Diese Weiterbildung hat den Vorteil, dass die Kühleinrichtung als das erste Einlegeteil z.B. in einem einzigen Kunststoffspritzgussverfahrensschritt umspritzt werden kann, um das Grundgehäuse umfassend den Statorgehäuseabschnitt und optional ergänzend den Statorträgerabschnitt und/oder den Elektronikaufnahmeabschnitt zu bilden und für diese eine integrierte Kühlung zu bilden. Alternativ oder ergänzend kann vorgesehen sein, dass die Kühleinrichtung der Wickelköpfe ausgebildet ist.
Bei einer möglichen Weiterbildung der Erfindung umfasst das Grundgehäuse den Stator, wobei der Stator als ein weiteres Einlegeteil ausgebildet ist, welches in dem Kunststoff eingebettet ist. Insbesondere wird der Stator durch den gleichen Kunststoffspritzgussverfahrensschritt in dem Kunststoff eingebettet. Diese Ausgestaltung hat den Vorteil, dass die Relativlage zwischen Stator und dem Statorgehäuseabschnitt stoffschlüssig durch den Kunststoff festgelegt ist. Optional ergänzend kann auch die Elektronik des Radnabenmotors, insbesondere die Leistungselektronik und/oder die Steuergeräte und/oder die Umrichtergeräte, als ein nächstes Einlegeteil ausgebildet sein, welches in dem Kunststoff eingebettet ist. Insbesondere kann die Elektronik umfassend die Verschaltung und die Wickelköpfe und den Stator als das weitere Einlegeteil ausgebildet sein, welches spaltfrei und robust per Kraft- und/oder Formschluss die Momentenabstützung des Stators gewährleistet.
Bei einer bevorzugten Weiterbildung der Erfindung ist der Statorgehäuseabschnitt als ein Außengehäuseabschnitt des Grundgehäuses ausgebildet. Insbesondere können an den Statorgehäuseabschnitt mechanische Schnittstellen zum Befestigen des Grundgehäuses an dem Fahrzeug angeordnet sein. Hierbei ist es möglich, dass die Schnittstellen als Kunststoffschnittstellen ausgebildet sind, oder, dass weitere Befestigungseinrichtungen in dem Kunststoff eingebettet sind. Optional ergänzend können in dem Statorträgerabschnitt und/oder in dem Elektronikgehäuseabschnitt ebenfalls mechanische Schnittstellen eingeformt sein. Insbesondere können in dieser Weiterbildung Vorteile hinsichtlich des Korrosionsverhaltens erzielt werden. Ferner ist es möglich an den Statorgehäuseabschnitt oder an das Kunststoffteil Versteifungsrippen oder -strukturen anzuspritzen, um den Verbund zu stabilisieren und damit geräuschberuhigter machen.
Ein weiterer Gegenstand der Erfindung betrifft einen Radnabenmotor für ein Fahrzeug, welcher ein Grundgehäuse nach einem der vorhergehenden Ansprüche aufweist. Besonders bevorzugt ist der Radnabenmotor als ein Innenläufermotor ausgebildet, wobei der Stator radial innen zu dem Statorgehäuseabschnitt angeordnet ist. Ferner weist der Radnabenmotor einen Rotor auf, wobei der Rotor mit einem Felgenabschnitt des Radnabenmotors drehfest verbunden ist, wobei auf der Felge ein Reifen des Rads angeordnet sein kann.
Bei einer bevorzugten Weiterbildung der Erfindung weist das Grundgehäuse, insbesondere der Statorträgerabschnitt, eine mechanische Schnittstelle zur Befestigung einer Bremsankerplatte auf. Alternativ oder ergänzend umfasst der Radnabenmotor eine integrierte Bremseinrichtung, welche als eine Bremstrommel- oder Bremsscheibeneinrichtung ausgebildet sein kann. Hierbei sind die Bremsbeläge auf der Bremsankerplatte angeordnet, welche über die mechanische Schnittstelle drehfest mit dem Grundgehäuse verbunden ist. Die Bremstrommel beziehungsweise die Bremsscheibe ist dagegen mit dem Rotor drehfest verbunden.
Weitere Merkmale, Vorteile und Wirkungen der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung bevorzugter Ausführungsbeispiele der Erfindung. Dabei zeigen:
1 eine Längsschnittdarstellung eines Radnabenmotors als ein Ausführungsbeispiel der Erfindung;
2 ein Grundgehäuse des Radnabenmotors in der 1 in einer Längsschnittdarstellung in einer ersten Variante;
3 die Kühleinrichtung in der 2 in einer schematischen dreidimensionalen Darstellung in einer ersten Variante;
4 die Kühleinrichtung in der 2 in einer schematischen dreidimensionalen Darstellung in einer zweiten Variante;
5 die Kühleinrichtung in der 2 in einer schematischen dreidimensionalen Darstellung in einer dritten Variante;
6 ein Grundgehäuse des Radnabenmotors in der 1 in einer Längsschnittdarstellung in einer zweiten Variante;
7 ein Grundgehäuse des Radnabenmotors in der 1 in einer Längsschnittdarstellung in einer dritten Variante;
8 eine schematische Darstellung einer Kühlwendel der Kühleinrichtungen in den 3, 4, 5.
Die 1 zeigt in einer Längsschnittdarstellung entlang einer Hauptachse 1 einen Radnabenmotor 2 – auch Radnabensystem genannt – für ein Fahrzeug 3. Bei dem Fahrzeug kann es sich zum Beispiel um einen Personenkraftwagen handeln, wobei jeweils ein Radnabenmotor an beiden Rädern einer angetriebenen Achse angeordnet ist. Es ist auch möglich, damit einen Vierradantrieb eines Fahrzeugs 3 umzusetzen, indem jedes der Räder als ein Radnabenmotor 2 ausgebildet ist. Auch Umsetzungen in Form eines Trikes oder eines Motorrads, wobei jeweils nur ein angetriebenes Rad mit Radnabenmotor 2 vorgesehen ist, sind möglich. Der Radnabenmotor 2 ist im radialen Innenraum eines Reifens 4 wahlweise vollständig oder zumindest abschnittsweise angeordnet.
Der Radnabenmotor 2 weist ein Grundgehäuse 5 auf, welches gestellfest oder stationär an dem Fahrzeug 3 angeordnet ist. Das Grundgehäuse 5 trägt einen Stator 6. Ferner weist der Radnabenmotor 2 einen Rotorträger 7 auf, der einen Rotor 8 trägt. Stator 6 und Rotor 8 bilden gemeinsam einen Elektromotor 9, welcher als ein Innenläufer ausgebildet ist. Der Stator 6 ist in der Form als ein um die Hauptachse 1 umlaufender, koaxial zu dieser angeordneten Hohlzylinder ausgebildet. Der Rotor 8 ist ebenfalls als ein Hohlzylinder ausgebildet und konzentrisch und koaxial zu dem Stator 6 angeordnet. Der Rotorträger 7 ist drehfest mit dem Rotor 8 verbunden und rotiert im Betrieb relativ zu dem Stator 6 und damit zu dem Grundgehäuse 5. Der Rotorträger 7 ist über einen Felgenabschnitt 10 mit dem Reifen 4 verbunden, sodass ein elektrisches Antriebsdrehmoment des Elektromotorenabschnitts 9, welches mittels Stator 6 und Rotor 8 erzeugt wird, über den Rotorträger 7 und den Felgenabschnitt 10 auf den Reifen 4 übertragen werden kann, um das Fahrzeug 3 anzutreiben. Der Stator 6 und der Rotor 8 sind in axialer Richtung zu der Hauptdrehachse 1 betrachtet innerhalb des Felgenabschnitts 10 angeordnet und ragen axial nicht über diesen und/oder über den Reifen 4 hinaus.
Das Grundgehäuse 5 kann in drei Abschnitte, nämlich einen Statorgehäuseabschnitt 11, einen Statorträgerabschnitt 12 sowie einen Elektronikaufnahmeabschnitt 13 unterteilt werden. Der Statorgehäuseabschnitt 11 ist als ein rohrförmiger oder hohlzylinderförmiger Abschnitt ausgebildet und umläuft die Hauptachse 1 vollständig in Umlaufrichtung. Der Statorgehäuseabschnitt 11 ist koaxial zu der Hauptachse 1 sowie zu dem Stator 6 angeordnet. An seiner inneren Umfangswandung oder Innenwandung 25, welche als eine Zylindermantelfläche ausgebildet ist, liegt der Stator 6 flächig an, sodass ein Wärmeübertrag von dem Stator 6 zu dem Statorgehäuseabschnitt 11 erfolgen kann. Alternativ sind zwischen dem Stator 6 und der Innenwandung 25 eine oder mehrere Wärmekoppelschichten angeordnet. Beispielsweise liegt der Stator 6 in einem Innenraum 14, welcher durch den Statorgehäuseabschnitt 11 radial innen zu dem Statorgehäuseabschnitt 11 gebildet ist, in einer Presspassung in Bezug auf die Innenwandung 25.
Für eine Ableitung der durch den Elektromotorenabschnitt 9 erzeugten Wärme weist der Statorgehäuseabschnitt 11 Kühlkanäle 15 auf, welche z.B. zumindest abschnittsweise in Umlaufrichtung um die Hauptachse 1 verlaufen und in diesem Beispiel in axialer Richtung mehrreihig übereinander angeordnet sind. Bezogen auf eine Breite B des Stators 6 in axialer Richtung zu der Hauptachse 1 sind mindestens 80 Prozent der Breite B mit Kühlkanälen 15 durchzogen.
Der Statorgehäuseabschnitt 11 ist an dem Statorträgerabschnitt 12 angebunden, welcher in einer Radialebene zu der Hauptachse 1 verläuft beziehungsweise den Statorgehäuseabschnitt 11 trägt und als Scheibenabschnitt den Bauraum in Richtung Hauptachse 1 überbrückt.
Auf der dem Statorgehäuseabschnitt 11 abgewandten Seite des Statorträgerabschnitts 12 ist der Elektronikaufnahmeabschnitt 13 angeordnet, welcher – wie sich insbesondere aus den nachfolgenden Figuren ergibt – als einer oder mehrere Aufnahmestrukturen ausgebildet ist, in der bei dem fertig montierten Radnabenmotor 2 die Leistungselektronik und/oder die Steuerelektronik und/oder Umrichtergeräte angeordnet ist. Der Elektronikaufnahmeabschnitt 13 ist bodenseitig durch den Statorträgerabschnitt 12 oder durch einen eigenen Boden begrenzt und weist randseitig sich in axialer Richtung erstreckende Seitenwände 16a, b auf.
An dem Grundgehäuse 5 ist eine Ankerplattenschnittstelle 17 für eine integrierte Bremseinrichtung 18 angeordnet, insbesondere eingeformt. Die Ankerplattenschnittstelle 17 ist als ein ebener Plattenbereich in einer Radialebene zu der Hauptdrehachse 1 ausgebildet, in den zwei Aufnahmeöffnungen für Befestigungselemente wie Zapfen eingebracht sind. Auf der Ankerplattenplattenschnittstelle 17 kann ein Bremszylinder als die Bremseinrichtung 18 angeordnet sein, welche Bremsbacken 19 in radialer Richtung nach außen gegen eine mit dem Rotorträger 7 verbundene Bremstrommel 20 drückt. Ferner kann das Grundgehäuse 5, insbesondere der Statorträgerabschnitt 12 mindestens eine mechanische Stützstelle 21 aufweisen, welche zur gleitenden Abstützung der Bremsbacken 19 ausgebildet ist. Die mechanische Stützstelle 21 ist als ein weiterer ebener Plattenbereich in einer weiteren Radialebene zu der Hauptdrehachse 1 ausgebildet sein. Optional ist die mechanische Stützstelle 21 mit einer Verschleißschutzschicht versehen.
Um eine Relativrotation zwischen dem Rotorträger 7 und dem Grundgehäuse 5 zu ermöglichen, ist ein Radlager 22 vorgesehen, welches zum einen mit dem Grundgehäuse 5 drehfest als einen ersten Lagerpartner und zum anderen mit dem Rotorträger 7 als den anderen Lagerpartner drehfest verbunden ist. Das Grundgehäuse 5 beziehungsweise der Statorträgerabschnitt 12 weist eine entsprechende Lagerschnittstelle 23 auf. Mit Bezug auf die Lagerschnittstelle 23 ist es zum einen möglich, dass diese integral in den Statorträgerabschnitt 12 eingearbeitet, insbesondere eingeformt ist. Alternativ ist es möglich, dass der Statorträgerabschnitt 12 mit einer separaten Lagerplatte (nicht dargestellt) verbunden ist, welche die Lagerschnittstelle 23 trägt.
Das Grundgehäuse 5 ist als ein multifunktionaler Körper ausgebildet. In dem in der 1 gezeigten Ausführungsbeispiel der Erfindung ist das Grundgehäuse 5 als ein Kunststoffgehäuse ausgebildet. Es kann dabei vorgesehen sein, dass nur der Statorgehäuseabschnitt 11 als ein Kunststoffteil ausgebildet ist, es ist jedoch von der Herstellung vereinfacht, wenn der Statorgehäuseabschnitt 11 und Statorträgerabschnitt 12 oder sogar optional ergänzend der Elektronikaufnahmeabschnitt 13 als ein gemeinsames Kunststoffteil hergestellt sind. In diesem Fall kann das Grundgehäuse 5 zum Beispiel im Rahmen eines Kunststoffspritzgussverfahrens in einem einzigen Verfahrensschritt produziert werden.
In der 2 ist eine mögliche konstruktive Ausgestaltung des Grundgehäuses 5 in der 1 dargestellt. In dem gezeigten Querschnitt ist zu erkennen, dass der Statorgehäuseabschnitt 11 eine hohlzylinderförmige Form einnimmt, wobei die Kühlkanäle 15 in einer axialen Erstreckungsrichtung in dem gezeigten Längsschnitt in Reihen angeordnet sind. Der Statorgehäuseabschnitt 11, der Statorträgerabschnitt 12 sowie der Elektronikaufnahmeabschnitt 13 sind als ein einstückiges Kunststoffteil ausgebildet. Die Kühlkanäle 15 sind durch eine Kühleinrichtung 26 realisiert, welche in das als Kunststoffteil ausgebildete Grundgehäuse 5 eingebettet ist. Die Kühleinrichtung 26 ist auch ohne das Kunststoffteil kühlmitteldicht. Beispiele für die Kühlmitteleinrichtung 26 werden in den 3, 4, 5 exemplarisch beschrieben.
Es ist dabei ein Gedanke dieser Umsetzung, dass das Einbringen von Kühlkanälen 15 in das Kunststoffteil einen erheblichen Aufwand bedeutet. Aus diesem Grund wird vorliegend eine unabhängige Kühleinrichtung 26 verwendet, welche als separates und alleine funktionsfähiges Bauteil in den Kunststoff eingebettet wird. Auf diese Weise kann zum einen der Vorteil der kostengünstigen Fertigung des als Kunststoffteil ausgebildeten Grundgehäuses 5 und zum anderen eine kostengünstige Umsetzung der Kühlkanäle 15 erreicht werden.
Die Kühleinrichtung 26 bildet einen weiteren Kühlkanal 27, welcher innerhalb des Statorträgerabschnitts 12 verläuft und welcher den Elektronikaufnahmeabschnitt 13 kühlt. Die Kühleinrichtung 26 kann beispielsweise einen Kühlmantelabschnitt 28 aufweisen, welcher in dem Statorgehäuseabschnitt 11 eingebettet ist sowie einen Zulauf- oder Ablaufbereich 29 aufweisen, welcher den weiteren Kühlkanal 27 umsetzt. Der Stator 6 liegt mit seiner radialen, zylindermantelförmigen Außenfläche an einer durch den Statorgehäuseabschnitt 11 gebildeten Anlagefläche 30 flächig an, sodass ein Wärmeübertrag zwischen dem Stator 6 und der Kühleinrichtung 26 gefördert wird.
In dem in der 2 gezeigten Ausführungsbeispiel ist der Stator 6 als ein weiteres Einlegeteil in dem Kunststoff eingebettet. Insbesondere sind die Kühleinrichtung 26 und der Stator 6 gemeinsam durch den Kunststoff umspritzt. Diese Ausgestaltung hat den Vorteil, dass der Stator 6 mit dem Einbetten in den Kunststoff, insbesondere mit einem Umspritzen mit dem Kunststoff, in der Lage fixiert ist.
Die Kühlkanäle 15 beziehungsweise die Kühlwendel des Kühlmantelabschnitts 28 weisen einen ovalen Querschnitt auf, wobei eine dem Stator 6 zugewandte Seite der Kühlwendel abgeflacht sind. Durch die Oberflächenvergrößerung aufgrund der Abflachung wird der Wärmeübertrag zwischen Stator 6 und Kühleinrichtung 26 verbessert. Bei dem in der 2 gezeigten Ausführungsbeispiel kann vorgesehen sein, dass die Kühlwendel 31 unmittelbar kontaktierend an dem Stator 6 anliegen oder durch eine dünne Zwischenschicht aus Kunststoff oder einem Kunststoffbereich von diesem getrennt, jedoch thermisch gekoppelt sind.
In dem Statorträgerabschnitt 12 ist ein weiteres Einlegeteil 32 in Form einer Scheibe zum Beispiel aus Metall eingelegt, welches eine Erhöhung der Stabilität des Statorträgerabschnitts 12 und damit des Grundgehäuses 5 ermöglicht. Auch das weitere Einlegeteil 32 wird im Rahmen des Fertigungsprozesses bereits eingebettet. Optional kann ein zentraler Abschnitt des Grundgehäuses als ein nächstes Einlegeteil 34 ausgebildet sein. Das nächste Einlegeteil 34 kann aus Metall z.B. aus Stahl ausgebildet sein. Das nächste Einlegeteil 34 kann z.B. die Ankerplattenschnittstelle 17, die Stützstelle 21 oder die Lagerschnittstelle 23 tragen. Der Vorteil des nächsten Einlegeteils 34 als Verlängerung des Statorträgerabschnitts 12 ist, dass insbesondere die Anbindung zum Radlager 22 steifer und stabiler ausgeführt ist als in einer Kunststoffausführung wie die Ausführungsform in der 7. Dies liegt zum einen in den Werkstoffeigenschaften von Metall, insbesondere Stahl, und zum anderen, darin, dass Metall altersbeständiger als Kunststoff ist und keine Kriechneigung hat.
In der 3 ist eine dreidimensionale Darstellung der Kühleinrichtung 26 dargestellt. Die Kühleinrichtung 26 weist den Kühlmantelabschnitt 28 auf, welcher durch drei bis vier Reihen von Kühlwendeln 31 gebildet wird, welche sich gerade schraubenfederförmig oder spiralförmig um die Hauptdrehachse 1 winden. An der dem Statorträgerabschnitt 12 zugewandten Seite befindet sich der Zulauf-Ablauf-Abschnitt 29, welcher durch weitere Leitungen gebildet wird, die so verlegt sind, dass die gewünschten Bereiche des Statorträgerabschnitts 12 beziehungsweise des Elektronikaufnahmeabschnitts 13 gekühlt sind. Beispielsweise umfasst der Zulauf-Ablauf-Abschnitt 29 eine Kühlplatte, welche sich in einer Radialebene zu der Hauptdrehachse 1 befindet und welche zur Kühlung einer Elektronik ausgebildet ist. Der Kühlmantelabschnitt 28 bildet einen zylinderförmigen Innenraum.
In der 4 ist eine alternative Ausgestaltung der Kühleinrichtung 26 gezeigt, wobei die Kühlwendel 31 als Rechteckleitungen ausgebildet sind, deren Krümmung an die Krümmung der Anlagefläche 30 angepasst sind. Die Kühlwendel 31 verlaufen bei diesem Ausführungsbeispiel mäandernd jeweils in axialer Richtung. In der 5 ist eine Struktur des Kühlmantelabschnitts 28 gezeigt, wobei die Kühlwendel 31 zu einem Netz zusammengefasst sind.
In der 6 ist ein weiteres Ausführungsbeispiel der Erfindung gezeigt, wobei zwischen der Anlagefläche 30 und der Außenfläche des Stators 6 ein Ringspalt vorgesehen ist. Bei diesem Ausführungsbeispiel wird der Stator 6 nicht eingebettet, sondern nachträglich montiert. In den Zwischenspalt 33 kann eine flüssige Komponente oder Vergussmasse als Temperaturkopplungsschicht eingebracht werden, sodass der thermische Übertrag optimiert ist. Ferner kann die Komponente oder Vergussmasse einen Form- und/oder Kraftschlusseffekt umsetzen und den Stator 6 mechanisch sichern.
In der 7 ist ein weiteres Ausführungsbeispiel der Erfindung für ein Grundgehäuse 5 gezeigt, wobei im Vergleich zu dem Ausführungsbeispiel in der 2 der Mittelteil einen Teilabschnitt des Statorträgerabschnitts 12 bildet und somit die Ankerplattenschnittstelle 17, die Stützstelle 21 oder die Lagerschnittstelle 23 integral in das Kunststoffteil eingeformt sind. Optional kann vorgesehen sein, dass Buchsen, insbesondere Stahlbuchsen zur Verstärkung in das Kunststoffteil eingebettet sind.
In der 8 ist eine abgewandelte Ausführungsform des Querschnitts der Kühlwendel 31 gezeigt, wobei diese in Richtung der Anlagefläche 30 eine konisch zulaufende Form aufweisen. Diese konisch zulaufende Form hat den Vorteil, dass der Kunststoff besser in den Bereich zwischen Anlagefläche 30 und Kühlwendel 31 fließen kann.
Bezugszeichenliste

1: Hauptachse
2: Radnabenmotor
3: Fahrzeug
4: Reifen
5: Grundgehäuse
6: Stator
7: Rotorträger
8: Rotor
9: Elektromotor
10: Felgenabschnitt
11: Statorgehäuseabschnitt
12: Statorträgerabschnitt
13: Elektronikaufnahmeabschnitt
14: Innenraum
15: Kühlkanäle
16a, b: Seitenwände
17: Ankerplattenschnittstelle
18: Bremseinrichtung/Bremszylinder
19: Bremsbacken
20: Bremstrommel
21: mechanische Stützstelle zur gleitenden Abstützung
22: Radlager
23: Lagerschnittstelle
24: Ein- und Austrittsöffnungen
25: umlaufende, zylinderförmige Innenwandung
26: Kühleinrichtung
27: Kühlkanal
28: Kühlmantelabschnitt
29: Zulauf- oder Ablaufbereich
30: Anlagefläche
31: Kühlwendel
32: weiteres Einlegeteil
33: Zwischenspalt
34: nächste Einlegeteil
B: Breite
H: Hauptdrehachse

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

DE 202011108560 U1 [0003]
DE 102011081503 B4 [0004]

Claims

Grundgehäuse (5) für einen Radnabenmotor (2), wobei das Grundgehäuse (5) einen Aufnahmebereich (14) für einen Stator (6) aufweist, mit mindestens einem Statorgehäuseabschnitt (11) zur Anordnung des Stators (6), wobei in dem Statorgehäuseabschnitt (11) Kühlkanäle (15) zur Kühlung des Stators (6) angeordnet sind, gekennzeichnet durch eine Kühleinrichtung (26), wobei die Kühleinrichtung (26) die Kühlkanäle (15) bildet, wobei der Statorgehäuseabschnitt (11) aus einem Kunststoff ausgebildet ist und wobei die Kühleinrichtung (26) als ein erstes Einlegeteil zumindest abschnittsweise in dem Statorgehäuseabschnitt (11) in dem Kunststoff eingebettet ist.
Grundgehäuse (5) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Statorgehäuseabschnitt (11) als ein Kunststoffspritzgussteilabschnitt ausgebildet ist, wobei die Kühleinrichtung (26) als erstes Einlegeteil in dem Kunststoffspritzgussteilabschnitt eingespritzt, umspritzt oder angespritzt ist.
Grundgehäuse (5) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Kühleinrichtung (26) einen Kühlmantelabschnitt (28) aufweist, wobei der Statorgehäuseabschnitt (11) einen Ringwandabschnitt mit einer dem Stator (6) zugewandten Begrenzungsfläche (30) aufweist, wobei der Kühlmantelabschnitt (28) in dem Ringwandabschnitt angeordnet ist.
Grundgehäuse (5) nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Kühlmantelabschnitt (28) auf einer dem Stator (6) zugewandten Seite frei oder offen liegt und einen Teil einer Anlagefläche (30) für den Stator (6) bildet.
Grundgehäuse (5) nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Kühlmantelabschnitt (28) als ein Kühlwendelabschnitt mit Kühlwendeln (31) ausgebildet ist, wobei die Kühlwendel (31) in einem Querschnitt durch die Kühlwendel (31) auf der dem Stator (6) zugewandten Seite abgeflacht sind.
Grundgehäuse (5) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch einen Statorträgerabschnitt (12), wobei der Statorträgerabschnitt (12) mit dem Statorgehäuseabschnitt (11) verbunden ist und einen durch den Statorgehäuseabschnitt (11) gebildeten Statoraufnahmebereich (14) in einer axialen Richtung begrenzt, wobei der Statorträgerabschnitt (12) an dem Statorgehäuseabschnitt (11) angeformt ist,
Grundgehäuse (5) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch einen Elektronikaufnahmeabschnitt (13) zur Aufnahme der Elektronik, wobei der Elektronikaufnahmeabschnitt (13) an dem Statorgehäuseabschnitt (11) und/oder an dem Statorträgerabschnitt (12) angeformt ist.
Grundgehäuse (5) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Grundgehäuse (5) den Stator (6) umfasst, wobei der Stator (6) als ein weiteres Einlegeteil ausgebildet ist, welches in dem Kunststoff eingebettet ist.
Grundgehäuse (5) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Statorgehäuseabschnitt (11) einen Außengehäuseabschnitt des Grundgehäuses (5) bildet.
Radnabenmotor (2) für ein Fahrzeug (3), gekennzeichnet durch ein Grundgehäuse (5) nach einem der vorhergehenden Ansprüche.