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Die Erfindung betrifft eine elektrodynamische Maschine, insbesondere einen Elektromotor. Eine elektrodynamische Maschine kann aber auch ein Generator zur Umwandlung mechanischer in elektrische Energie sein.
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Üblicherweise werden solche Maschinen so hergestellt und montiert, dass mehrere Komponenten ein Gehäuse bilden, die miteinander montiert werden. Neben Gehäuseteilen, die u.a. zur Lagerung der Rotorwelle mit dem Rotor dienen, ist ein Gehäuseteil vorhanden, die man auch als Invertereinheit bezeichnet und in der zumindest ein großer Teil der für die Steuerung und Regelung erforderlichen Elemente aufgenommen sind. Im Allgemeinen haben die bekannten Maschinen einen axial integrierten Inverter, wie sie insbesondere in Kraftfahrzeugen mit Hybridantrieb eingesetzt werden.
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Insbesondere im Zuge der Elektrifizierung im mobilen Bereich, wie dies zwischenzeitlich auch im Straßenverkehr bei Landfahrzeugen von Interesse ist, spielen elektrodynamische Maschinen eine immer größere Rolle. Auch dies hat zur Folge, dass neben dem Leichtbauaspekt auch der erforderliche Raumbedarf eine große Rolle bei der Entwicklung neuer Maschinen und für den Anwender spielt. Die zur Verfügung stehenden Räume in einem Fahrzeug sind begrenzt, so dass häufig eine entsprechende Anpassung bei der Konstruktion eines neuen entsprechend ausgestatteten Fahrzeugs erforderlich sind.
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Es ist daher Aufgabe der Erfindung, Möglichkeiten für die Ausbildung elektrodynamischer Maschinen anzugeben, mit denen durch einen erhöhten Integrationsgrad eine signifikante Kosteneinsparung durch eine Minimierung der Fertigungskosten für Bauteile, bei der Montage durch eine reduzierte Anzahl an Bauteilen und den Entfall von Dichtstellen an einem Kühlkreislauf sowie eine Reduzierung des für den Einbau erforderlichen Bauraums erreichbar sind.
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Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe mit einer elektrodynamischen Maschine, die die Merkmale des Anspruchs 1 aufweist, gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Erfindung können mit in untergeordneten Ansprüchen bezeichneten technischen Merkmalen realisiert werden.
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Bei einer erfindungsgemäßen elektrodynamischen Maschine sind in einem ersten Gehäuse ein Stator und ein mit einer Antriebswelle verbundener Rotor aufgenommen. Die Antriebswelle ist in einem Festlager, das am ersten Gehäuse befestigt ist, geführt. Die Antriebswelle ist aus dem ersten Gehäuse herausgeführt, so dass sie dort zugänglich ist.
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Das erste Gehäuse ist mit einem zweiten Gehäuse, in und/oder an dem elektrische und/oder elektronische Elemente für die Steuerung des Betriebes der elektrodynamischen Maschine angeordnet sind, lösbar verbunden. Hierfür können herkömmliche Schraubverbindungen und entsprechende komplementäre Stirnflächen am ersten und zweiten Gehäuse vorhanden sein, so dass beide Gehäuse dicht aneinander liegen, wenn sie miteinander verschraubt worden sind.
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Bei einer erfindungsgemäßen elektrodynamischen Maschine ist ein Lagersitz für ein Loslager, in dem die Antriebswelle ebenfalls geführt ist, integraler Bestandteil des zweiten Gehäuses. So kann ein zweites Gehäuse beispielsweise ein Gussteil sein, bei dem der Lagersitz bereits bei der Herstellung eines Gussteiles, das auch mit einem Druckgussverfahren hergestellt werden kann, im Wesentlichen ausgebildet wird. Häufig ist nur eine geringfügige mechanische Nachbearbeitung für eine exakte Positionierung und Ausrichtung des Lagersitzes für das Loslager erforderlich.
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Um eine Verbesserung bei den während des Betriebs auftretenden Schwingungen zu erreichen, sollte das Loslager im Lagersitz mittels einer elastisch verformbaren Loslagerbuchse am/im zweiten Gehäuse fixiert sein, wodurch die Schwingungen auch gedämpft werden können.
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Eine Schwingungsentkopplung des Loslagers ist z.B. über eine Loslagerbuchse, mit einem elastischen profilierten Zwischenring, möglich. Dadurch können diese Schwingungen sinnvoll gedämpft werden. Diese Art der Schwingungsdämfung schützt das Invertergehäuse und die darin eingebaute schwingungsempfindliche Elektronik
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Wegen der thermischen Belastung, die insbesondere bei elektrodynamischen Maschinen mit höherer Leistung ein Problem darstellt, ist es vorteilhaft eine Kühlung für die beiden Gehäuse vorzusehen.
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Dazu kann durch das erste Gehäuse und das zweite Gehäuse mindestens ein Kühlkanal geführt sein, durch den ein bevorzugt flüssiges Kühlmittel geführt werden kann. Der mindestens eine Kühlkanal wird dabei mit seinen beiden Bereichen, die durch das erste und das zweite Gehäuse geführt sind, bei der Herstellung der Verbindung der beiden Gehäuse miteinander verbunden. Dazu sind die jeweiligen Ein- bzw. Austrittsöffnungen bevorzugt im Bereich der Stirnflächen, an denen die beiden Gehäuse nach Herstellung der Verbindung unmittelbar aneinander liegen, so angeordnet, dass sie miteinander fluchten und das Kühlmittel ohne bemerkenswerte Behinderung aus dem Teil des ersten oder zweiten Gehäuse in den jeweils anderen Teil des Kühlkanals im jeweils anderen Gehäuse strömen kann. Das Kühlmittel kann mit Unterstützung durch einen Verdichter bzw. eine Pumpe durch den einen oder ggf. mehrere Kühlkanäle strömen.
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An den aufeinander zu weisenden Stirnflächen der beiden Gehäuse, insbesondere in Bereichen in den Öffnungen für den Aus- und/oder Eintritt von durch einen Kühlkanal geführtes Kühlmittel angeordnet sind, sollte mindestens ein Dichtelement, beispielsweise ein O-Ring eingesetzt werden.
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Mindestens ein Kühlkanal kann im zweiten Gehäuse so geführt sein, dass auch die zumindest thermisch kritisch belasteten elektrischen und/oder elektronischen Elemente gekühlt werden, indem ein Kühlkanal so geführt ist, dass er sehr nah an einem solchen elektrischen und/oder elektronischen Element vorbei geführt ist. Dazu können beispielsweise an einer Wandung eines zweiten Gehäuses Vertiefungen ausgebildet sein, innerhalb derer elektrische und/oder elektronische Elemente angeordnet sein können.
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Mit der erfindungsgemäßen elektrodynamischen Maschine kann durch den gegenüber dem Stand der Technik höheren Integrationsgrad mit der Integration des Loslagersitzes in das Invertergehäuse durch Bauteilminimierung eine signifikante Kosteneinsparung wegen des reduzierten Montage- und Herstellungsaufwandes (z.B. ist die Anzahl der Verbindungselemente/Schrauben und Dichtungen reduziert, es wird ein Lagerschild eingespart) erreicht werden. Außerdem ist die Baugröße reduziert, so dass der erforderliche Raumbedarf kleiner ist. Der Gesamtaufbau ist kompakter.
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Für eine Kühlung sind maximal lediglich ein Verdichter oder eine Pumpe sowie ein einziger Kühlmittelbehälter ggf. mit einem Wärmetauscher erforderlich.
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Nachfolgend soll die Erfindung beispielhaft näher erläutert werden.
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Dabei zeigen:
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1a eine schematische Darstellungen einer elektrodynamischen Maschine nach dem Stand der Technik
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1b eine schematische Darstellungen eines Beispiels einer erfindungsgemäßen elektrodynamischen Maschine;
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2 eine perspektivische Explosionsdarstellung eines Beispiels einer erfindungsgemäßen elektrodynamischen Maschine;
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3 einen Ausschnitt in einer Schnittdarstellung, mit integriertem Loslagersitz;
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4 eine Schnittdarstellung eines einer erfindungsgemäßen elektrodynamischen Maschine;
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5 einen Ausschnitt aus 4, mit dem die Ausbildung eines mit einer Loslagerbuchse geführt und gehaltenen Loslagers verdeutlicht ist.
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In 1a ist eine herkömmliche elektrodynamische Maschine gezeigt, bei der in einem ersten Gehäuse 1 ein Stator und ein Rotor (nicht erkennbar) aufgenommen sind. Der Rotor ist mit einer Antriebswelle 3 verbunden, die an einer Stirnseite nach außen aus dem Gehäuse 1 herausgeführt ist. Dort ist eine Riemenscheibe 11 mit der Antriebswelle 3 verbunden. An dieser Seite ist die Antriebswelle 3 mit einem Festlager geführt. An der gegenüberliegenden Stirnseite des ersten Gehäuses 1 ist ein in der Darstellung nicht erkennbares Loslager in einem weiteren Gehäuseteil 12 mit Lagerschildfunktion fixiert, in dem die Antriebswelle 3 auch geführt ist. Dazu ist im Gehäuseteil 12 der Lagersitz für das Loslager angeordnet bzw. dort ausgebildet.
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Fest- und Loslager sind üblicherweise Wälzlager.
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In 1a ist außerdem ein zweites Gehäuse 2 erkennbar, in und an dem elektrische und elektronische Elemente angebracht sind. Außerdem sind dort nach außen geführte Kontaktanschlüsse vorhanden. Zusätzlich ist durch das erste Gehäuse 1, das Gehäuseteil 12 mit Lagerschild und das zweite Gehäuse 2 ein Kühlkanal geführt (nicht gezeigt).
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Bei der 1b ist die elektrodynamische Maschine mit einem ersten Gehäuse 1 und einem zweiten Gehäuse 2 gebildet und das Loslager 6, in dem die Antriebswelle geführt ist, ist in das zweite Gehäuse 2 integriert.
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Es ist deutlich erkennbar, dass diese Art von bekannten Maschinen aus drei Teilen gebildet ist, die miteinander verbunden werden müssen. Daraus ergibt sich ein erhöhter Herstellungs- und Montageaufwand. Der Raumbedarf ist zumindest wegen des zusätzlichen Gehäuseteils 12 mit Lagerschildfunktion höher und auch die Abdichtung der Kühlkanäle ist wegen des zusätzlichen Gehäuseteils 12 und der zusätzlichen Dichtstellen aufwändiger.
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Dies wird besonders im Vergleich zu 2 deutlich, die eine Explosionsdarstellung einer erfindungsgemäßen elektrodynamischen Maschine zeigt, dass ein kleinerer kompakter Aufbau mit der Erfindung möglich ist.
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Dabei kann das erste Gehäuse 1 nahezu identisch, im Vergleich zu einem üblicherweise für die Aufnahme von Stator und Rotor ausgebildeten Gehäuse, ausgebildet sein. Den wesentlichen Unterschied stellt die Ausbildung des zweiten Gehäuses 2 dar. In diesem ist der Lagersitz 5 für das Loslager 6 integriert. Der Lagersitz 5 ist dabei so angeordnet, dass die Antriebswelle 3 ohne Weiteres mit der entsprechenden Stirnseite und dem Loslager 6 in den Lagersitz 5 einführbar ist. In und/oder an dem zweiten Gehäuse 2 können dann die hier nicht dargestellten elektrischen und/oder elektronischen Elemente sowie Kontaktelemente angeordnet und befestigt sein.
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Die beiden Gehäuse 1 und 2 können mittels Schrauben miteinander verbunden werden.
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Die 3 zeigt einen Ausschnitt in einer Schnittdarstellung, bei dem die Anordnung des Loslagers 6 im Lagersitz 5, der am zweiten Gehäuse 2 ausgebildet ist, verdeutlicht ist.
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Außerdem ist die Ausbildung eines durch das erste und das zweite Gehäuse 1 und 2 geführten Kühlkanals 9 erkennbar. Für die Abdichtung ist ein O-Ring 10 vorhanden. Somit kann Kühlwasser durch den Kühlkanal 9 zur Kühlung von Elementen beider Gehäuse 1 und 2 geführt werden.
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Eine Schnittdarstellung durch ein Beispiel einer elektrodynamischen Maschine ist in 4 gezeigt. Die Antriebswelle 3 ist im ersten Gehäuse 1 mit dem Festlager 4 geführt. An der gegenüberliegenden Stirnseite der Antriebwelle 3 ist diese mit dem Loslager 6, das mit einer Loslagerbuchse 7 im Lagersitz 5, der am zweiten Gehäuse 2 ausgebildet ist, geführt.
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Die Loslagerbuchse 7 ist mit zwei Hülsen 8.1 und 8.2 gebildet, zwischen denen ein elastisch verformbares Element 8 angeordnet ist. Dies ist mit dem vergrößerten Ausschnitt in 5 verdeutlicht. Das elastisch verformbare Element 8 ist bei diesem Beispiel so ausgebildet, dass um einen Kern, der parallel zur Längsachse der Loslagerbuchse 7 und auch der Längsachse der Antriebswelle 3 ausgerichtet ist, radial nach außen und innen jeweils Vertiefungen zwischen Erhebungen in bei diesem Beispiel regelmäßiger Anordnung ausgebildet sind. Die äußeren Stirnseiten von Erhebungen sind mit den jeweiligen Innenwänden der Hülsen 8.1 und 8.2 verbunden. Zumindest stehen sie in berührendem Kontakt, so dass zumindest eine kraftschlüssige Verbindung erreicht ist. Mit der Loslagerbuchse 7, die mit den Hülsen 8.1, 8.2 und dem elastisch verformbaren Element 8 gebildet ist, können Bewegungen parallel zur Längsachse der Antriebswelle 3 und senkrecht zu dieser Achse ausgeglichen und Schwingungen dementsprechend gedämpft werden, wie dies mit den Doppelpfeilen angedeutet ist.
