DE102015205724A1

DE102015205724A1 - Kühlsystem eines elektrischen Antriebes

Info

Publication number: DE102015205724A1
Application number: DE102015205724.0A
Authority: DE
Inventors: Daniel Paul; Christoph Hänelt
Original assignee: ThyssenKrupp Presta TecCenter AG
Current assignee: ThyssenKrupp AG; Thyssenkrupp Dynamic Components Teccenter AG
Priority date: 2014-12-01
Filing date: 2015-03-30
Publication date: 2016-06-02
Anticipated expiration: 2035-03-31
Also published as: DE102015218412A1; DE102015205724B4

Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Elektrische Maschine mit einem Kühlsystem zum Kühlen wenigstens einer Komponente der elektrischen Maschine mittels eines Kühlmediums sowie ein Verfahren zur Bearbeitung der Rotorwelle der elektrischen Maschine, wobei die elektrische Maschine wenigstens eine sich um eine Rotationsachse rotierende mehrteilige Rotorwelle, umfassend zumindest ein Trägerrohr sowie einen an einer ersten offenen Seite des Trägerrohres angeordneten mediumdurchlassenden Flansch und einen an einer zweiten offen Seite des Trägerohres angeordneten mediumdurchlassverhindernden Flansch, aufweist, wodurch ein Rotorwellenhohlraum gebildet ist, wobei das Kühlsystem wenigstens ein Kühlmediumführungselement zum Führen des Kühlmediums zumindest in den Rotorwellenhohlraum hinein oder aus dem Rotorwellenhohlraum heraus aufweist, und wobei ein Abschnitt des Kühlmediumführungselementes sich koaxial zu dem Trägerrohr innerhalb der Rotorwelle erstreckt und eine Trennung eines in die Rotorwelle einströmenden Kühlmediums von einem aus der Rotorwelle ausströmenden Kühlmediums bewirkt.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine elektrische Maschine mit einem Kühlsystem zum Kühlen wenigstens einer Komponente der elektrischen Maschine mittels eines Kühlmediums, wobei die elektrische Maschine wenigstens eine sich um eine Rotationsachse rotierende mehrteilige Rotorwelle, umfassend zumindest ein Trägerrohr sowie einen an einer ersten offenen Seite des Trägerrohres angeordneten mediumdurchlassenden Flansch und einen an einer zweiten offen Seite des Trägerohres angeordneten mediumdurchlassverhindernden Flansch, aufweist. Des Weiteren betrifft die vorliegende Erfindung ein Verfahren zur Bearbeitung der Rotorwelle dieser elektrischen Maschine.
Grundlegend ist es bekannt, dass elektrische Maschinen vorteilhaft eine holzylindrisch ausgestaltete Rotorwelle aufweisen, mittels welcher vorteilhaft das Gewicht der rotierenden Massen reduziert wird. Derartige holzylindrische Rotorwellen dienen vorteilhaft auch zur Ermöglichung der Kühlung der elektrischen Maschine, wobei diese Rotorwellen zumindest abschnittsweise mittels eines flüssigen oder gasförmigen Kühlmediums, wie beispielsweise Luft oder Öl, beaufschlagt bzw. durchströmt wird. Vorteilhaft wird hierbei eine Mehrzahl an Kühlkreisläufen ausgebildet. Des Weiteren ist es grundlegend bekannt, dass Strömungserzeugungsstrukturen unter dem Lagerinnendurchmesser nach innen geführt und somit radial auf diese Ausdehnung begrenzt sind.
Beispielsweise ist in der CH 337 267 A1 ein gebauter Rotor aufgezeigt, bei welchem mittels eines Durchmessersprunges eine Strömungsumlenkung der Kühlflüssigkeit verursacht wird.
In der US 619 15 11 B1 oder der EP 0 989 658 A1 sind beispielsweise Ausgestaltungen eines Tauchrohres gezeigt, welche der Förderung eines Kühlmediums durch die elektrische Maschine dienen.
Die DE 10 2012 203 697 A1 beschreibt eine elektrische Maschine mit einem Rotor, welcher mit einem Hohlraum ausgeführt ist, durch den ein Kühlmedium hindurch geleitet werden kann. Zum Ein- und Ausleiten des Kühlmediums weist die elektrische Maschine eine Öffnung in einem Seitenflansch auf, über die das Kühlmedium zu- und abgeführt werden kann. Zum Durchströmen des Rotors weist dieser eine Welle auf, in der der Hohlraum ausgebildet ist, und ein Blechlamellenpaket ist außenseitig auf der Welle aufgenommen. Bei Betrieb der elektrischen Maschine kann die Wärme, die im Blechlamellenpaket entsteht, durch die Wandung der Welle hindurch an das Kühlmedium abgegeben werden, und über das Kühlmedium kann die Wärme aus dem Rotor der elektrischen Maschine abgeführt werden.
Die DE 10 2009 001 458 A1 beschreibt einen Rotor einer elektrischen Maschine mit seitlich angebrachten Laufrädern, an denen Schaufeln ausgebildet sind. Rotiert der Rotor im Betrieb der elektrischen Maschine, so fördern die Laufräder Luft durch den Rotor hindurch, um im Rotor entstehende Wärme abzuführen.
Als nachteilig bei dem benannten Stand der Technik ist die geometrisch bedingte Einschränkung bezüglich der Lüfter-Bauformen, welche zumeist lediglich als Axiallüfter ausgestaltet sind, anzusehen. Des Weiteren bedingen die bekannten Kühlmechanismen von elektrischen Maschinen einen großen Abstand des Strömungskanals in der Rotorwelle zu den Wärmequellen, wie beispielsweise dem Blechpaket, den Magneten, den Wicklungen, den Kurzschlussstäbe usw. Zudem ist anzumerken, dass große Lagerdurchmesser, welche angewandt werden um beispielsweise im Rotor integrierte Bauteile einführen zu können, mit hohen Lagerreibungsverlusten verbunden sind und folglich vermieden werden sollten.
Die im benannten Stand der Technik aufgezeigten Strömungsleitelemente bzw. integrierten Bauteile sind zumeist unter dem Lagerinnendurchmesser nach innen geführt und somit nachteilig radial auf diese Ausdehnung begrenzt.
Des Weiteren ist es als nachteilig anzusehen, dass die Öffnungsdurchmesser an den Wellenenden, beispielsweise des Tauchrohres die radiale Ausdehnung der integrierten Bauteile begrenzen, insbesondere wenn die Wellenenden zusätzliche Komponenten bzw. Bauteile, wie beispielsweise Strömungserzeugungselemente aufweisen. Um diesem Nachteil zu begegnen und im Rotorelement größere integrierte Bauteile einführen zu können, wird im grundlegend bekannten Stand der Technik ein weiterer Nachteil in Kauf genommen, nämlich die Anordnung von großen Lagerdurchmessern, welche jedoch wiederum mit hohen Lagerreibungsverlusten verbunden sind. Des Weiteren weisen grundlegend bekannte elektrische Maschinen aufgrund derer geometrisch bedingten Bauform Strömungsleitelemente auf, welche zu weit entfernt beabstandet zu den zu kühlenden Komponenten und insbesondere deren Oberflächen angeordnet sind, so dass eine hinreichende Kühlung dieser Komponenten nicht gewährleistet werden kann. Die dabei zu kühlenden Komponenten sind beispielsweise – je nach Maschinenart – das Blechpaket, die Magnete, die Wicklungen und/oder die Kurzschlussstäbe usw. Folglich wird hierbei lediglich eine begrenzte Wirkung, wie beispielsweise die Beruhigung, Druckverhältnisse, Turbulenz, Wirbelausbildung usw. auf die Strömung des Kühlmediums erreicht. Vorteilhaft werden oben benannte Nachteile mit der vorliegenden Erfindung behoben, insbesondere aufgrund einer mehrteiligen Ausgestaltung einer Rotorwelle einer elektrischen Maschine. Diese Mehrteiligkeit ermöglicht vorteilhaft eine einfache Anordnung integrierter Bauteile, inklusive von Strömungserzeugungsstrukturen und/oder Strömungslenkungsstrukturen innerhalb der Rotorwelle.
Die Aufgabe der Erfindung ist es, die oben benannten Nachteile zumindest teilweise zu beheben. Des Weiteren ist es die Aufgabe der Erfindung die Weiterbildung einer elektrischen Maschine, welche eine verbesserte Gesamtkühlung aufweist, zu ermöglichen. Ferner ist es die Aufgabe der Erfindung eine einfach gestaltete und kostengünstig zu realisierende sowie betriebssicher funktionierende und langlebige Kühlung der elektrischen Maschine und insbesondere eines Antriebssystems zu ermöglichen, mittels welcher insbesondere zur Erzeugung einer Strömung des Kühlmittels, welches die elektrische Maschine bzw. das gesamte Antriebssystem zumindest abschnittsweise durchströmen soll, keine zusätzlichen Komponenten, insbesondere keine zusätzlichen Antriebe verwendet werden.
Die erfindungsgemäße elektrische Maschine mit einem Kühlsystem zum Kühlen wenigstens einer Komponente der elektrischen Maschine mittels eines Kühlmediums, weist wenigstens eine sich um eine Rotationsachse rotierende mehrteilige Rotorwelle, umfassend zumindest ein Trägerrohr sowie einen an einer ersten offenen Seite des Trägerrohres angeordneten mediumdurchlassenden Flansch und einen an einer zweiten offen Seite des Trägerohres angeordneten mediumdurchlassverhindernden Flansch, auf, wodurch ein Rotorwellenhohlraum gebildet ist. Das Kühlsystem weist wenigstens ein Kühlmediumführungselement zum Führen des Kühlmediums zumindest in den Rotorwellenhohlraum hinein oder aus dem Rotorwellenhohlraum heraus auf. Erfindungsgemäß erstreckt sich ein Abschnitt des Kühlmediumführungselementes koaxial zu dem Trägerrohr innerhalb der Rotorwelle und bewirkt eine Trennung eines in die Rotorwelle einströmenden Kühlmediums von einem aus der Rotorwelle ausströmenden Kühlmediums.
Bei einem Betrieb der elektrischen Maschine entsteht Verlustleistung, die durch verschiedene Maßnahmen abgeführt werden kann. Dies ist notwendig, um den Wirkungsgrad der Maschine positiv zu beeinflussen und um Schädigung oder Alterung der Komponenten zu verhindern. Ein Anteil der Verluste entfällt auch auf die Rotorwelle. Durch die Integration einer Kühlung in die Rotorwelle kann das thermische Verhalten des elektrischen Antriebs, insbesondere der elektrischen Maschine verbessert werden. Wärmequellen am Rotor sind die Lager der Rotorwelle und die elektromagnetisch aktiven Bereiche, wie beispielsweise das Blechpaket und die Magneten bzw. die Kurzschlussstäbe etc. Indem Kühlmittel durch den Innenraum des Rotors bzw. der Rotorwelle gefördert wird, können die in Kontakt stehenden Oberflächen, wie beispielsweise die Oberflächen der Flansche und/oder des Trägerrohres als Pfad für den Wärmeabtransport genutzt werden.
Vorteilhaft ist es denkbar, dass die geometrischen Abmessungen der integrierten Bauteile großer sind, als die Lagerinnendurchmesser. Vorteilhaft weist die elektrische Maschine einen beidseitig gelagerten Rotor auf, insbesondere mit beidseitigem Wellenzapfen und Lagerstellen. Die Lagerdurchmesser selbst sind vorteilhaft geometrisch klein dimensioniert, um beispielsweise Reibungsverluste zu minimieren. Somit besteht oft ein großer Querschnittssprung vom Lagerdurchmesser zum Fügedurchmesser der elektromagnetischen Aktivteile.
Es ist denkbar, dass außenseitig auf dem Trägerrohr ein Blechlamellenpaket des Rotors aufgenommen ist, sodass das Trägerrohr mit Vorteil innenseitig eine Wärmeübergangsstruktur aufweist. Umströmt oder überströmt das Kühlmedium die Wärmeübergangsstruktur innenseitig im Trägerrohr, so wird auf besonders vorteilhafte Weise, Wärme, die im Rotor und insbesondere im Blechlamellenpaket erzeugt wird, über das Trägerrohr an das Kühlmedium übergeben. Das Kühlmediumführungselement in der Rotorwelle der elektrischen Maschine erstreckt sich dabei vorteilhaftdurch den mediumdurchlassenden Flansch hindurch, durch den das Kühlmedium ein- und ausleitbar ist. Es ist zudem denkbar, dass dieser mediumdurchlassende Flansch der Rotorwelle mit einem Strömungsleitfortsatz ausgebildet ist.
Die elektrische Maschine bildet vorteilhaft einen ringförmigen Grundkörper, wobei der Durchgang zum Hindurchführen des Kühlmediums mit einer Rotationsachse der ringförmigen Grundkörper zusammenfällt, die insbesondere in der Wellenachse des Rotors bzw. der Rotorwelle der elektrischen Maschine liegt.
Erfindungsgemäß weist die elektrische Maschine eine mehrteilige Rotorwelle auf, welche aus wenigstens drei Komponenten besteht, wobei die einzelnen Komponenten der Rotorwelle in Leichtbauweise hergestellt sind. Bei einem derartigen Leichtbauansatz wird vorteilhaft die Möglichkeit zur Materialeinsparung genutzt, die sich ergibt, wenn die elektromagnetisch aktiven Bereiche des Rotors bzw. der Rotorwelle auf einen dünnen Ring reduziert werden. Aufgebaut ist diese Rotorwelle aus einem mediumdurchlassverhindernden bzw. verschlossenen Flansch, welcher vorteilhaft eine Lagerstelle des Rotor bildet und die Schnittstelle zum Getriebe beinhaltet, einem aufgepressten Trägerrohr, welches vorteilhaft als Sitz für das Blechpaket mit eingesetzten Magneten dient, und einem weiteren ins Trägerrohr eingepressten mediumdurchlassenden bzw. offenen Flansch, welcher vorteilhaft die zweite Lagerstelle des Rotors bildet. Das Kühlmedium ist demnach durch den mediumdurchlassenden Flansch in den Hohlraum einleitbar und wieder ausleitbar, wobei sich der Hohlraum ausgehend von den seitlichen Flanschen im Bereich des Trägerrohres im Durchmesser erweitert.
Aus diesem konstruktiven Aufbau eines Rotors resultiert vorteilhaft eine Hohlwelle mit verschieden großen Innendurchmessern. Das Material für die Komponenten kann entsprechend der Funktion gewählt werden. Vorteilhaft führt die Mehrteiligkeit der Rotorwelle zu einer kostengünstigen Einzelkomponentenfertigung. Die mehrteilig aufgebaute Rotorwelle erlaubt zudem vorteilhaft die Integration von stehenden (z. B. Strömungsleitkörper, Leitelemente) und rotierenden Komponenten bzw. Innenkomponenten (z. B. Strömungserzeugungsstruktur, Kühlkörper) in die Rotorwelle.
Erfindungsgemäß weist das Kühlsystem der elektrischen Maschine wenigstens ein Kühlmediumführungselement zum Führen des Kühlmediums zumindest in den Rotorwellenhohlraum hinein oder aus dem Rotorwellenhohlraum heraus auf. Das Kühlmediumführungselement, welches auch als Führungsrohr bezeichnet werden kann weist beispielsweise einen runden, rechteckigen oder geometrisch sonstigen Querschnitt auf. Des Weiteren ist es denkbar, dass das Kühlmediumführungselement in Längsrichtung, das heißt in Wellenachsenrichtung, einen konstanten oder einen sich variierenden Querschnitt aufweist. Beispielsweise verjüngt oder weitet sich das Kühlmediumführungselement im Rotor auf.
Vorteilhaft bildet hierbei das Kühlmediumführungselement einen zweifachen Strömungskanal aus, welcher einen Zuströmungskanal mit einem ersten Strömungsquerschnitt und einen Abströmungskanal mit einem zweiten Strömungsquerschnitt aufweist. Auch außerhalb des Rotors, insbesondere der Rotorwelle ist es von Vorteil, die Strömungspfade zu trennen, um eine Aufheizung bzw. Vermischung des zuströmenden Kühlmediums mit dem erwärmten Kühlmediums zu vermeiden, vorteilhaft bevor das zuströmende noch kalte Kühlmedium auf die zu kühlenden Teile trifft. Hierbei ist beispielsweise eine funktionssichere Gestaltung des Übergangs von dem rotierenden Strömungskanal zu dem stehenden Außenkanal zu realisieren, wobei insbesondere eine Durchmischung der einzelnen Strömungspfade, sprich dem Eingangsströmungspfad und dem Ausgangsströmungspfad, beispielsweise verursacht durch Leckagen, zu vermeiden ist. Konstruktiv wird eine derartige Vermischung beispielsweise mittels berührungsloser Abdichtungselemente, wie beispielsweise einer Labyrinth-Dichtung, realisiert.
Alternativ oder auch zusätzlich zur Ausgestaltung des Strömungskanals mit einer Trennung von einer Zuströmseite zu einer Abströmseite durch einen geometrischen Verlauf der eingesetzten Elemente ist es denkbar die Anpassung der Strömungseigenschaften und der Strömungsrichtung durch aufgesetzte Strukturen zu realisieren. Hierzu können Elemente zur Erzeugung von Turbulenzen vor kritischen Bereichen, wie beispielsweise einer Umlenkung oder einem Wärmeübergang, und zur Strömungsleitung, wie beispielsweise bei einer Umwandlung einer Rotation der Strömung in axiale Bewegung oder der gezielten Anstömung von Hot-Spots, zum Einsatz gelangen. Folgende Vorteile können damit erreicht werden: Die Abmessungen der Mittel zur Strömungslenkung und/oder -erzeugung sind unabhängig vom Lagerinnendurchmesser. Das bedeutet, dass der Lagerinnendurchmesser vorteilhaft klein dimensioniert ist, während die Strömungslenkungselemente in ihrer radialen Ausdehnung nur durch die konstruktive Auslegung des Blechschnittes (⌀ Blechpaketinnenbohrung) begrenzt sind und optimal an diese angepasst werden können. Die Rotorwelle selbst ist vorteilhaft für einen Kühlmittelaustausch über nur eine Seite, insbesondere der Umlenkungsseite gegenüberliegende Seite durch eine Abtrennung von einem Zuströmungskanal und einem Abströmungskanal geeignet. Die Ermöglichung eines integralen Strömungskanals führt zu einer verlustarmen Strömung des Kühlmediums bzw. Kühlmittels durch eine Anpassung des Strömungskanals über die Einzelteile.
Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung ist das Kühlmediumführungselement ein dynamisches mit der Rotorwelle mitdrehendes Tauchrohr oder ein statisch innerhalb der Rotorwelle angeordneter Strömungsleitkörper. Das bedeutet, dass je nach Systemgestaltung das Kühlmediumführungselement mitrotierend gestaltet oder mit einer externen Aufnahme stehend im rotierenden Rotor bzw. Rotorelement bzw. Rotorwelle positioniert ist. Ein stehender, sich nicht mitrotierender Strömungsleitkörper wird vorteilhaft insbesondere für Flügelstrukturen zur Strömungsumlenkung (Drall entfernen – Bewegungsenergie für Kühlmittel in gewünschte Richtung zurückgewinnen und Druckverlust reduzieren) und Strömungsberuhigung (Ziel: konstantes Systemverhalten ohne Zusammenbruch des Volumenstromes in bestimmten Betriebspunkten, Vermeiden von Wirbeln und anderen Störungen in der Strömung) genutzt. Insbesondere ist diese stehende Bauform auch wichtig für mehrstufige Strömungserzeugungssysteme, welche vorteilhaft über eine Reihenanordnung von rotierenden Strömungserzeugungsschaufeln und stehenden Leitschaufeln realisiert werden, oder einen nachgeschalteten Strömungserzeugungsstruktur. Entsprechende Leitschaufeln sind von großer Bedeutung, da die Leistungsfähigkeit der Strömungserzeugungsstruktur stark von der Ausrichtung der Strömung im Ansaugbereich abhängt. Nur über eine entsprechende Umlenkung kann eine Strömungserzeugungsstruktur Arbeit an der Strömung verrichten. Wenn also die Strömung schon in der Richtung rotiert, in welche die Strömungserzeugungsstruktur umlenkt, sinkt der Wirkungsgrad der Strömungserzeugungsstruktur. Außerdem ist es des Weiteren als vorteilhaft anzusehen, eine Rotation aus der Strömung zu entfernen, weit diese zusätzliche Bewegungskomponente dazu führt, dass die Kühlmittelströmung längere Wege zurücklegen muss und damit die Strömungsverluste, insbesondere die Arbeit bzw. der Aufwand zur Strömungserzeugung zunehmen.
Das Tauchrohr, welches auch als Führungsrohr zumindest zum Führen und/oder Leiten des Kühlmediums bezeichnet werden kann, dient beispielsweise der Trennung von zuströmendem und abströmendem Kühlmittel. Es ist notwendig, da der Strömungsaustausch vorteilhaft nur über den nicht vom Getriebe belegten offenen Flansch vorgenommen werden kann. Des Weiteren wird beispielsweise über die gesamte Länge des Tauchrohres sichergestellt, dass das Kühlmittel den Großteil des Rotorhohlraumes durchströmt und nicht bereits kurz nach Eintritt auf kurzem Weg den Rotorinnenraum verlässt.
Mittels einer stehenden Positionierung des Strömungsleitkörpers ist es vorteilhaft möglich Strömungslenkungsstrukturen aufzunehmen, welche den Drall aus der Strömung (verursacht durch den rotierenden Kühlkörper) herausnehmen und in axiale Bewegung umsetzen. Mittels dieses stehenden, das bedeutet rotatorisch unbeweglichen Strömungsleitkörpers in der rotierenden Rotorwelle besteht vorteilhaft auch die Möglichkeit ein mehrstufiges Lüftersystem in die Rotorwelle zu integrieren.
Aufgrund der Anordnung eines Tauchrohres bzw. Strömungsleitkörpers im Rotor bzw. in der Rotorwelle der elektrischen Maschine kann das Kühlmedium beispielsweise innenseitig durch das Tauchrohr bzw. den Strömungsleitkörper durch den Durchgang und in den Hohlraum eingeleitet werden, wobei das Tauchrohr bzw. der Strömungsleitkörper im Hohlraum des Rotors vorteilhaft endseitig offen ist, und aus der Öffnung, kann das Kühlmedium aus dem Tauchrohr bzw. Strömungsleitkörper austreten und in den Hohlraum des Rotors eintreten. Durch einen erzeugten Überdruck im Tauchrohr bzw. Strömungsleitkörper strömt dabei das Kühlmedium außenseitig an dem Tauchrohr bzw. Strömungsleitkörper wieder zurück und kann durch einen Ringquerschnitt wieder austreten. Die innenseitige Wandung des Durchganges bildet dabei den zweiten Wärmeübergangsbereich. Vorteilhaft wird eine effektive Durchflutung des Durchgangs des Hohlraums im Rotor mit dem Kühlmedium geschaffen, wobei dieses an den beiden Wärmeübergangsbereichen vorbeigeführt werden kann. Gemäß einer abgeänderten Variante kann auch das Kühlmedium in den Ringspalt zwischen dem Tauchrohr bzw. Strömungsleitkörper und dem Durchgang eingeleitet werden, und das Kühlmedium kann durch den Durchgang außenseitig an dem Tauchrohr bzw. Strömungsleitkörper entlangströmen und in den Hohlraum im Rotor bzw. der Rotorwelle gelangen. Schließlich wird das Kühlmedium über das offene Ende des Tauchrohres bzw. Strömungsleitkörpers im Hohlraum wieder in dieses eingedrückt und kann innenseitig durch das Tauchrohr bzw. den Strömungsleitkörper wieder aus dem elektrischen Antriebssystem bzw. der elektrischen Maschine austreten.
Vorteilhaft weist wenigstens des Tauchrohr oder der Strömungsleitkörper zumindest eine Strömungserzeugungsstruktur auf, welche das Kühlmedium in Bewegung versetzt.
Vorteilhaft wird bei der elektrischen Maschine der Antrieb der Strömungserzeugungsstruktur durch die Rotation des Rotors, insbesondere der Rotorwelle ermöglicht, insbesondere, weil die zu entwärmende Verlustleistung proportional zur Drehzahl steigt.
Es ist des Weiteren denkbar, dass wenigstens das Tauchrohr oder der Strömungsleitkörper zumindest eine Strömungslenkungsstruktur wenigstens zur Strömungsumlenkung oder zur Strömungsberuhigung aufweist. Insbesondere in der Rotorwelle eingebrachte Bauteile zur Strömungslenkung sind für ihre Funktion vorteilhaft gehäusefest angebunden. Dies bedingt ein Herausragen des zu befestigenden Teiles aus der Rotorwelle bzw. ein Hineinragen des Befestigungsteiles in die Rotorwelle.
Bevor die beschriebenen Einzelteile zur Rotorwelle zusammengefügt werden, besteht die Möglichkeit, Komponenten für die Strömungserzeugung, insbesondere die Strömungserzeugungsstruktur, und/oder Komponenten für die Strömungslenkung, insbesondere die Strömungslenkungsstruktur, anzuordnen, um den freien Innen-Bauraum für eine integrierte Kühlung zu nutzen. Die Strömungserzeugungsstruktur wird vorteilhaft dabei derart in die Rotorwelle eingepasst, dass diese die Rotation der Rotorwelle mitmacht, sich gegen die wirkenden Kräfte nach außen abstützt und durch die Drehung das Kühlmedium in Bewegung versetzt. Optional können Maßnahmen zur Sicherung gegen Verdrehung ergriffen werden. Beispielsweise können auch Mitnehmerstrukturen am Flansch zur Anwendung kommen, wenn die Strömungserzeugungsstruktur an diesem angebracht ist. Auch die Kombination von Strömungserzeugungsstrukturen in der Rotorwelle sowie die zusätzliche Ergänzung von Strömungserzeugungsstrukturen außerhalb der Rotorwelle können von Vorteil sein (z. B. bei Systemen mit hohem Druckverlust). Alle Komponenten können vorteilhaft entsprechend der Anforderungen der Strömung gestaltet werden, damit durch geringen Energieeinsatz große Wirkung erzielt werden kann. Dies betrifft insbesondere die Teile, welche den Strömungskanal ausbilden oder für die Strömungserzeugung genutzt werden.
Vorteilhaft sind die Abmessungen der Mittel zur Strömungserzeugung und/oder -lenkung unabhängig vom Lagerinnendurchmesser. Besonders vorteilhaft weist die elektrische Maschine einen integraler Strömungskanal auf, welcher beispielsweise dazu dient eine verlustarme Strömung durch eine Anpassung des Strömungskanals über die Einzelteile hinweg, zu erzeugen.
Des Weiteren weist die elektrische Maschine und insbesondere die Rotorwelle der elektrischen Maschine eine integrale Befestigung auf, welche dazu dient eine drehfeste Verbindung der Mittel zur Strömungserzeugung mit dem Rotor ohne zusätzliche Verbindungselemente zu ermöglichen Diese Strömungserzeugungsmittel weisen vorteilhaft aufeinander abgestimmte axial fügbare geometrische Merkmale auf.
Es ist des Weiteren möglich, dass zur Erzeugung eines mehrstufigen Strömungserzeugungs- und -lenkungssystem die Strömungslenkungsstruktur und die Strömungserzeugungsstruktur in Strömungsrichtung des Kühlmediums betrachtet in Reihe nacheinander angeordnet sind. Mittels der vorliegenden Erfindung wird vorteilhaft auch ein hoher Druckaufbau und Durchsatz durch die Möglichkeit zur Realisierung verschiedenster Strömungserzeugungssysteme, aufgrund des großen geometrischen Rotorwellenhohlraums im Rotorinneren ermöglicht. Vorteilhaft bleibt die Kapselung der elektrischen Maschine erhalten.
Es ist folglich denkbar, dass die Strömungserzeugungsstruktur sich ausgehend von einer äußeren Oberfläche des Tauchrohres in einen der Strömungskanäle zwischen dem Tauchrohr und einer Wandung der Rotorwelle erstreckt. Ebenso ist es möglich, dass die Strömungslenkungsstruktur sich ausgehend von einer äußeren Oberfläche des Strömungsleitkörpers in einen Ausströmungskanal zwischen dem Strömungsleitkörpers und einer Wandung der Rotorwelle erstreckt.
Es ist ebenfalls denkbar, dass wenigstens die Strömungserzeugungsstruktur oder die Strömungslenkungsstruktur eine Durchgangsöffnung aufweist, durch welche sich das Kühlmediumführungselement hindurch erstreckt.
Des Weiteren ist die Rotorwelle geeignet für die Durchströmung oder den Kühlmittelaustausch über nur eine Seite (Umlenkung). Das bedeutet, dass vorteilhaft der mediumdurchlassverhindernde Flansch für eine Umlenkung des einströmenden Kühlmediums innerhalb der Rotorwelle dient.
Des Weiteren ist es möglich, dass das Trägerrohr zumindest abschnittsweise an seiner inneren Oberfläche eine Wärmeübergabestruktur aufweist, um Wärme an das an der Wärmeübergabestruktur vorbeigeleitete Kühlmedium abzugeben. Vorteilhaft weist die elektrische Maschine eine große Oberfläche für die Wärmeübertragung auf, welcher über alle den Strömungskanal bildenden Komponenten des Rotors erfolgt, sodass auch Lagerverluste mit gekühlt werden. Des Weiteren bietet die elektrische Maschine zudem die Möglichkeit zur Nutzung von Maßnahmen zur weiteren Oberflächenvergrößerung.
Optional ist es denkbar, dass ein freilaufendes Lüfterrad Verwendung findet, insbesondere für den Nachlauf bei einer Drehzahlreduzierung. Dieses Lüfterrad ist beispielsweise ein Schwungspeicherlüfterrad. Es ist jedoch auch denkbar, dass mittels eines gesteuerten Motors in der Rotorwelle (Rotation bei Stillstand und Drehzahlerhöhung bei geringer Rotor-Drehzahl) eine Kühlung erzeugt wird.
Im Rahmen der Erfindung ist es des Weiteren denkbar, dass wenigstens ein mit der Rotorwelle drehbarer oder statisch gegenüber der Rotorwelle angeordneter Kühlkörper innerhalb der Rotorwelle und das Kühlmediumführungselement zumindest abschnittweise umgebend, angeordnet ist.
Es ist zudem denkbar, dass sich der das Kühlmediumführungselement zumindest abschnittsweise durch eine Einströmöffnung des mediumdurchlassenden Flansches erstreckt.
Vorteilhaft ist es möglich, dass ein sich innerhalb des Rotorwellenhohlraumes erstreckender Durchmesser des Kühlmediumführungselementes zumindest abschnittsweise größer ist als ein Durchmesser einer Einströmöffnung des mediumdurchlassenden Flansches. Bei einer Ausgestaltung eines Tauchrohres oder des Strömungsleitkörpers mit einer Aufweitung des Durchmessers im Inneren der Rotorwelle ist das Tauchrohr bzw. der Strömungsleitkörper derart gestaltet, dass die Hauptströmung des Kühlmittels bzw. des Kühlmediums beispielsweise durch entsprechende Wahl des Strömungsquerschnittes/der Aufweitung des Durchmessers in die Strukturen eines Kühlkörpers (Verrippung) gezwungen wird.
Weiterhin ist es denkbar ein Filterelement vorzusehen, welches derart angeordnet ist, dass dieses mit dem Kühlmedium durchströmbar ist. Beispielsweise ist das Filterelement als Filtereinsatz in dem Tauchrohr bzw. Strömungsleitkörper eingebracht, über das das Kühlmedium, das vorzugsweise durch Luft gebildet ist, in den Rotor bzw. die Rotorwelle eintritt. Somit wird vermieden, dass Verunreinigungen in den Hohlraum des Rotors der elektrischen Maschine eindringen. Um eine Strömung des Kühlmediums durch das Tauchrohr bzw. den Strömungsleitkörper zu erreichen, ist es vorteilhaft zwischen dem einströmenden und dem ausströmenden Kühlmedium eine Druckdifferenz zu erzeugen, um eine Bewegung des Kühlmediums zu ermöglichen. Insbesondere kann durch eine Strömungserzeugungsstruktur, wie beispielsweise einem Schaufelelement eine Strömung im Kühlmedium hervorgerufen werden, sodass das Kühlmedium bei Rotation des Rotors durch den Hohlraum hindurchführbar ist. Die Strömungserzeugungsstruktur kann beispielsweise derart am Rotor angeordnet sein, dass dieser bei Rotation des Rotors ebenfalls rotiert. Mit besonderem Vorteil kann die Strömungserzeugungsstruktur an dem Strömungsleitfortsatz des Flansches angebracht sein, der Teil des Rotors ist. Die Strömungserzeugungsstruktur kann einen Durchgang aufweisen, durch den sich das Tauchrohr hindurch erstrecken kann, so dass die Strömungserzeugungsstruktur durch Rotation eine Förderung des Kühlmediums in den Ringspalt zwischen dem Tauchrohr und dem Durchgang in der elektrischen Maschine bewirkt.
Des Weiteren ist ein Verfahren zur Bearbeitung der Rotorwelle der elektrischen Maschine beansprucht. Dieses Verfahren weist wenigstens die folgenden Schritte auf:

– Positionieren der Rotorwelle mittels zweier Zentrierelemente, welche an jeweils einem der Flansche angeordnet werden,
– Positionieren der Kühlmediumführungselementes mittels eines Zentrierhilfskörpers, welcher zumindest abschnittsweise innerhalb des Rotorwellenhohlraumes an einem ersten distalen Ende des Kühlmediumführungselementes angeordnet wird, und mittels einer Transportsicherung, welche an einem zweiten distalen Ende des Kühlmediumführungselementes angeordnet wird, und
– Bearbeiten der Rotorwelle, insbesondere wenigstens schleifen, drehen oder auswuchten der Rotorwelle.

Hinsichtlich einer einfachen Ermöglichung einer Strömungserzeugung ist es vorteilhaft, wenn sich das Kühlmediumführungselementes, insbesondere das mitrotierende Tauchrohr in einer fertigungsgerechten Ausgestaltung nicht bis zum Ende der Rotorwelle erstreckt. Die Länge des vorteilhaft axial zurückgesetzten Kühlmediumführungselementes kann dabei derart gewählt werden, dass für die Bearbeitung der Rotorwelle eine Aufnahme mittels Zentrierelemente, wie beispielsweise Zentrierspitzen realisierbar ist. Des Weiteren ist es von Vorteil, wenn Maßnahmen ergriffen werden, um eine Verschmutzung der Hohlwelle bzw. der Rotorwelle, insbesondere von außen eingetragen über eine nach außen hin geöffnete Seite der Rotorwelle in den Innenraum der Rotorwelle hinein, während der Bearbeitung der Rotorwelle durch entsprechende Abdichtung zu verhindern. Vorteilhaft soll ein nachträgliches Reinigen, insbesondere aufgrund der schlechten Erreichbarkeit des Hohlraumes der Rotorwelle mit entsprechenden Reinigungselementen bzw. Reinigungsmedien vermieden werden. Folglich ist es denkbar vorhandene Öffnungen der Rotorwelle zeitlich vor dem Beginn der Bearbeitung der Rotorwelle zu verschließen. Derartig abdichtende Maßnahmen können beispielsweise im Bereich des mediumdurchlassenden Flansches in Gestalt eines an einer Transportsicherung angeordneten oder auch in Form einer Transportsicherung ausgestalteten O-Ringes erfolgen. Ebenfalls sind beispielsweise Maßnahmen an einer Einspannung der des Tauchrohres mittels beispielsweise Zentrierspitzen denkbar, um ein Eindringen von Verschmutzungen in flüssiger oder auch fester Form zu verhindern.
Im Fall eines innerhalb der Rotorwelle axial zurückgesetzten Kühlmediumführungselementes platziert sich vorteilhaft der Übergang von dem rotierenden Strömungskanal zum Außenkanal in die Rotorwelle hinein. Als Maßnahme zur Begrenzung der Leckage kann deshalb auch eine vereinfachte Labyrinth-Dichtung zum Einsatz kommen, welche innerhalb eines Bereiches angeordnet ist, welcher insbesondere für die Wandstärken von dem Kühlmediumführungselement, wie beispielsweise dem Tauchrohr, und dem Außenkanal vorgehalten wird. Dieser Bereich bzw. Freiraum bzw. Rotorwellenhohlraum dient zur Schaffung eines Platzbedarfes von Kühlmediumführungselement und Außenkanal. So kann der Außenkanal für einen Kühlmittel-Einlass über den äußeren Ringquerschnitt mit einem erweiterten Innendurchmesser ins Innere der Rotorwelle ragen und in diesem Bereich das Kühlmediumführungselement mit einem reduzierten Außendurchmesser unter dem Außenkanal nach außen ragen. Außerdem kann durch geeignete Fasen bzw. abgeschrägte Flächen vorteilhaft verhindert werden, dass Störkanten im Bereich der Durchmesserveränderung des Kühlmediumführungselementes und des Außenkanals in die Strömung hineinragen. Als Störkanten werden im Rahmen der Erfindung scharfe Kanten verstanden, welche in Endbereichen des Kühlmediumführungselementes angeordnet und beispielsweise in den Bereich des Außenkanales hineinragen können und dort als Kanalverengung für eine Aufstauung der Kühlmediumströmung und/oder eine Erzeugung von ungewollten Verwirbelungen der Kühlmediumströmung verantwortlich sind.
Des Weiteren ist eine Anordnung eines außerhalb der Rotorwelle angeordneten Stützkörper vorteilhaft, welche die gehäusefeste Befestigung des/der im Rotor befindlichen Teile(s) darstellt. Hierfür ragt entweder das rotorintegrierte Bauteil endseitig aus der Welle bis hin zur Fügestelle mit dem Stützkörper oder es wird die Abstützung ins Rotorinnere verlegt. Zu beachten ist hierbei eine ausreichende Dimensionierung um Schwingungen der Komponenten im Rotor weitestgehend zu unterbinden. Die Stützkörper können beispielsweise über eine Rastfunktion den Strömungsleitkörper in Bezug auf eine axiale Position und eine Winkellage im Rotor positionieren. Sie können des Weiteren außerhalb des Rotors den Strömungskanal definieren und weitere Funktionen, wie beispielsweiser die Strömungsausrichtung mit Flügeln, oder ein Träger einer Filtereinheit abbilden.
Für eine Anwendung einer mehrteiligen Rotorwelle ist es von Vorteil die einzelnen Komponenten vor deren Montage in der elektrischen Maschine zu bearbeiten, wobei die Möglichkeit zur Bearbeitung der Rotorwelle zwischen den Zentrierspitzen jedoch trotz der integrierten Bauteile erhalten bleiben soll.
Vorteilhaft ist eine Montageposition bzw. eine Bearbeitungsposition für eine später gehäusefest anzubindende Komponente vorzusehen, wobei die Montageposition besonders vorteilhaft unabhängig von der späteren Betriebsposition ist, jedenfalls jedoch eine Bearbeitung zwischen einzelnen Zentrierelementen, wie beispielsweise den Zentrierspritzen erlaubt. Des Weiteren kann eine derartige Hilfsposition aber auch bei mitrotierenden Innenkomponenten zur Anwendung kommen.
Vorteilhaft wird dadurch bei der Bearbeitung der Rotorwelle die Aufnahme von stehenden Bauteilen durch die Funktionsflächen an mitrotierenden Bauteilen und die Nutzung von Transportsicherungselementen, insbesondere wiederverwendbaren Transportsicherungselementen ermöglicht. Damit kann die Rotorwelle für die Bearbeitungsschritte in Rotation versetzt werden, ohne dass innere Bauteile, das bedeutet innerhalb der Rotorwelle angeordnete Bauteile, welche stehende Bauteile, wie beispielsweise der Strömungsleitkörper, oder rotierende Bauteile, wie das Tauchrohr sein können, durch die Bearbeitungsmaschinen besonders gestützt werden müssen, da sie für diese Prozessschritte mitrotieren. Deshalb ist es denkbar beispielsweise Zentrierspitzen bei dieser Konfiguration zu verwenden. Dadurch ragen vorteilhaft keine Komponenten nach außen, welche, wie im allgemeinen Stand der Technik bekannt, sonst separat über Greifer von außen gehalten und mechanisch geschützt (insbesondere fragile Kunststoffteile) werden müssten.
Besonders vorteilhaft ist es, wenn die Positionierung der inneren Bauteile bei deren Anordnung in einer Montageposition axial beabstandet zu der Positionierung der inneren Bauteile bei deren Anordnung in einer Betriebsposition ist. Das ermöglicht das Anbringen von Zentrierstrukturen an den Funktionsflächen zur Aufnahme der später stehenden Innenkomponenten bzw. inneren Bauteile für eine Gewährleistung einer radial zentrierten Einbaulage während der Bearbeitungsschritte (insb. beim Wuchten). Aufgrund des axialen Verschiebens hin zur Betriebsposition wird dann die Freigängigkeit zwischen dem rotierendem Rotor und einem eingelegtem, gehäusefesten Bauteil ermöglicht. Als vorteilhafter Abstand zwischen der Montageposition und der Betriebsposition werden ca. 0,5 bis 6 mm vorgesehen, besonders geeignet sind ca. 2 bis 3 mm.
Das Aufnahmekonzept umfasst nachweisbare Strukturen und Merkmale zur Positionierung während der Bearbeitungsprozesse, insbesondere dem Drehen und dem Wuchten. Vorteilhaft ist folglich die Gestaltung der Rotorwelle, insbesondere die Gestaltung der elektrischen Maschine nicht auf eine Strömungserzeugungsstruktur und/oder Strömungslenkungsstruktur beschränkt. Vielmehr ist die erfinderische Idee auf jegliche sich nicht mit der Rotorwelle im Betriebszustand mitdrehenden Bauteile zu lesen, so beispielsweise auch geltend für ein gehäusefestes Bauteil einer Feststellbremse oder vergleichbaren Vorrichtungen.
Bei dem Erfindungsgemäßen Verfahren ergeben sich sämtliche Vorteile, wie bei der zuvor genannten erfindungsgemäßen elektrischen Maschine.
Weitere, die Erfindung verbessernde Maßnahmen werden nachstehend gemeinsam mit der Beschreibung eines vorteilhaften Ausführungsbeispiels der Erfindung anhand der Figuren näher dargestellt. Es zeigen jeweils schematisch:
1 in einer seitlichen Schnittdarstellung eine Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Rotorsegmentes einer erfindungsgemäßen elektrischen Maschine,
2 in einer perspektivischen Schnittdarstellung die in der 1 gezeigte Ausführungsform des erfindungsgemäßen Rotorsegmentes,
3 in einer perspektivischen Teilschnittdarstellung eine weitere Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Rotorsegmentes einer erfindungsgemäßen elektrischen Maschine,
4 in einer seitlichen Schnittdarstellung die in der 3 gezeigte Ausführungsform des erfindungsgemäßen Rotorsegmentes,
5 in einer seitlichen Schnittdarstellung eine weitere Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Rotorsegmentes einer erfindungsgemäßen elektrischen Maschine,
6 in einer perspektivischen Teilschnittdarstellung die in der 5 gezeigte Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Rotorsegmentes,
7 in einer seitlichen Schnittdarstellung eine weitere Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Rotorsegmentes einer erfindungsgemäßen elektrischen Maschine,
8 in einer perspektivischen Teilschnittdarstellung die in der 7 gezeigte Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Rotorsegmentes,
9 in einer seitlichen Schnittdarstellung eine weitere Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Rotorsegmentes einer erfindungsgemäßen elektrischen Maschine,
10 in einer seitlichen Schnittdarstellung eine Ausführungsform einer elektrischen Maschine integriert in einen Bauraum,
11 in einer seitlichen Schnittdarstellung eine Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Rotorwelle einer erfindungsgemäßen elektrischen Maschine, bei welcher sich die Innenkomponenten in einer gesicherten Bearbeitungsposition befinden,
12 in einer seitlichen Schnittdarstellung eine weitere Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Rotorwelle einer erfindungsgemäßen elektrischen Maschine, bei welcher eine ungeeignete Positionierung der Innenkomponenten erfolgt,
13 in einer seitlichen Schnittdarstellung eine weitere Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Rotorsegmentes einer erfindungsgemäße elektrischen Maschine,
14 in einer seitlichen Schnittdarstellung eine elektrische Baugruppe aufweisend zumindest eine Ausführungsform einer erfindungsgemäßen elektrischen Maschine,
15 u. 16 in einer perspektivischen Ansicht eine Ausführungsform einer Innenkomponente einer elektrischen Maschine, und
17 in einer seitlichen Schnittdarstellung eine Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Rotorwelle einer erfindungsgemäßen elektrischen Maschine.
Merkmale mit gleicher Funktion und Wirkungsweise sind in den 1 bis 17 mit gleichen Bezugszeichen versehen.
In der 1 ist in einer seitlichen Schnittdarstellung eine Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Rotorsegmentes 11 einer hier nicht vollständig dargestellten erfindungsgemäßen elektrischen Maschine 10 gezeigt, während in der 2 diese in der 1 gezeigte Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Rotorsegmentes 11 in einer perspektivischen Schnittdarstellung aufgezeigt ist. Mit dem Bezugszeichen 300 ist das Kühlsystem aufgezeigt. Das Rotorsegment 11 ist vorteilhaft ein Bestandteil einer elektrischen Maschine, welche neben dem Rotorsegment 11 auch ein hier nicht dargestelltes Statorsegment aufweist. Das Rotorsegment 11 weist vorteilhaft eine mehrteilige, insbesondere dreiteilige Rotorwelle 11.1 auf, welche insbesondere als elektromagnetisch aktiver Bereich bzw. als elektromagnetisch aktive Komponente der elektrischen Maschine 10 ausgestaltet ist. Zusätzlich zu der Rotorwelle 11.1 weist das Rotorsegment 11 vorteilhaft zumindest ein Blechpaket 25 bzw. ein Blechlamellenpaket 25 auf, welches auf einem Abschnitt der Rotorwelle 10, insbesondere einem Trägerrohr 22 der Rotorwelle 11.1 angeordnet ist. Die Rotorwelle 11.1 ist vorteilhaft einseitig geöffnet. Innerhalb des Rotorsegmentes 11 ist vorteilhaft ein mit der Rotorwelle 11.1 mitrotierendes Tauchrohr 110 angeordnet. Das Tauchrohr 110 kann im Rahmen der Erfindung auch als Führungsrohr bezeichnet werden und ist vorteilhaft ein Bestandteil des Kühlsystems 300. Mitrotierend bedeutet im Rahmen der Erfindung, dass das Tauchrohr 110 vorteilhaft eine Winkelgeschwindigkeit vergleichbar zu der Winkelgeschwindigkeit der Rotorwelle 11.1 und/oder einen Drehsinn bzw. eine Drehrichtung vergleichbar zu dem Drehsinn bzw. der Drehrichtung der Rotorwelle 11 bzw. des Rotorsegmentes 11 aufweist. Vorteilhaft weist die Rotorwelle 11.1 zumindest eine Innenkomponente auf, welche in Gestalt eines Axiallüfters ausgebildet ist, sodass ein großer Durchsatz an Kühlmedium und eine entsprechend mittelgroße Druckerzeugung realisiert werden kann. Eine Änderung des Drehsinnes des rotierenden Tauchrohres 22 führt vorteilhaft auch zu einer Änderung der Strömungsrichtung des Kühlmediums 14.
Wie insbesondere in der 1 gezeigt, fließt das Kühlmedium 14 aus dem Bereich der Umgebung U durch das Tauchrohr 110 und insbesondere eine Durchgangsbohrung des Tauchrohres 110, welches vorteilhaft in Form einer Hohlwelle ausgestaltet ist, in Richtung eines an der Rotorwelle 11.1 der elektrischen Maschine 10 anordenbaren Getriebes 40 (hier nicht gezeigt). Im Bereich einer Umlenkung 150 bzw. aufgrund der Anordnung eines Umlenkelementes 150 wird das einströmende Kühlmedium 14a aus der Innenseite des Tauchrohres 110 heraus nach außen umgelenkt, sodass das Kühlmedium 14 nun die Außenfläche des Tauchrohres 110 zumindest abschnittsweise umströmt. Das Umlenkelement 150 ist vorteilhaft in Form einer Wandung, eines Flansches, eines Vorsprunges oder in vergleichbarer die Strömungsrichtung des Kühlmediums veränderbarer Art ausgestaltet. Vorteilhaft dient die Anordnung eines Verschlusselementes 70, welches insbesondere in Gestalt eines Stopfens 70 ausgebildet ist und in einer Öffnung eines mediumdurchlassverhindernden Flansches 60, welcher insbesondere ein Flansch eines Abtriebsbereiches der elektrischen Maschine 10 darstellt, angeordnet ist, als Umlenkelement 150. Die Positionierung dieses Stopfens 70, auch in Kombination mit der Ausgestaltung des mediumdurchlassverhindernden Flansches 60 verursacht, erzeugend einen Umlenkungsbereich 150, die Umlenkung der Strömung des Kühlmediums 14 in eine zur Eingangsströmung im Wesentlichen gegensätzlichen Richtung. Das Kühlmedium 14 wird entlang einer Strömungserzeugungsstruktur 100, welcher beispielsweise in Gestalt eines Schaufelrades ausgebildet und verdrehfest mit dem Tauchrohr 110 verbunden ist, bewegt. Die Strömungserzeugungsstruktur 100, welche vorteilhaft ein Bestandteil des Kühlsystems 300 ist, weist vorteilhaft eine Mehrzahl von Schaufeln auf, welche sich in Umfangsrichtung des Tauchrohres 110, vorteilhaft gleichmäßig beabstandet zueinander, an der äußeren Oberfläche des Tauchrohres 110 anordnen und sich von dieser zumindest abschnittsweise in einem vorgegebenen Winkel von der äußeren Oberfläche weg erstrecken. Die Ausgestaltung der einzelnen Schaufeln bzw. Schaufelelemente der Strömungserzeugungsstruktur 100 ist im Rahmen der Erfindung auf keine geometrische Gestalt beschränkt. Folglich können die Schaufeln eine Strömungserzeugungsstruktur bzw. eines Strömungserzeugers eine zueinander identische oder auch eine zueinander abweichende Gestalt aufweisen und folglich gebogene, gekrümmte und/oder abgewinkelte Bereiche aufweisen.
Wie insbesondere in der 1 gezeigt, weist das Rotorsegment 11, insbesondere die Rotorwelle 11.1 einen ersten Strömungskanal, insbesondere einen Zuströmungskanal 141 mit einem (ersten) Strömungsquerschnitt bzw. einem Zuströmungsquerschnitt 140 auf, durch welchen hindurch das Kühlmedium 14 in das Rotorsegment 11, insbesondere in die elektrische Maschine 10 einströmt. Der Zuströmungskanal 141 bzw. dessen Zuströmungsquerschnitt 140 wird vorteilhaft mittels des Durchmessers, insbesondere des Innendurchmessers des Tauchrohres 110 gebildet. Des Weiteren weist das Rotorsegment 11 einen zweiten Strömungskanal, insbesondere einen Abströmungskanal 171 mit einem (zweiten) Strömungsquerschnitt, insbesondere einem Abströmungsquerschnitt 170 auf, durch welchen hindurch das Kühlmedium 14 vorteilhaft vollständig wieder aus dem Rotorsegment 11 bzw. der elektrischen Maschine 10 ausströmt. Der Abströmungsquerschnitt 170 ist vorteilhaft mittels eines zwischen einer Innenwandung eines mediumdurchlassenden Flansches 120 der mehrteiligen Rotorwelle 11.1 und einer Außenwandung des Tauchrohres 110 entstehenden Rotorwellenhohlraumes bzw. in radialer Richtung bestehenden Abstandes gebildet. Es wäre jedoch auch denkbar, dass der Abströmungsquerschnitt 170 zum Einströmen des Kühlmediums 14 und der Zuströmungsquerschnitt 140 zum Ausströmen des Kühlmediums dient. Der Zuströmungsquerschnitt 140 erstreckt sich vorteilhaft durch den Innenbereich bzw. die Durchgangsöffnung des Tauchrohres 110, während sich der Abströmungsquerschnitt vorteilhaft im Umfangsbereich um das Tauchrohr 110 und demnach im Bereich der äußeren Oberfläche des Tauchrohres 110 erstreckt.
Das hier nicht gezeigte Getriebe 40 ist vorteilhaft im Bereich der Getriebeschnittstelle 90 an der elektrischen Maschine 10, insbesondere einem Bestandteil der mehrteiligen Rotorwelle 11.1 der elektrischen Maschine anordenbar. Des Weiteren ist in den 1 und 5 jeweils ein Abtriebslager 80 und ein Strömungslager 130 zur Lagerung des Statorsegmentes 11 gezeigt. Des Weiteren ist im Bereich der in das Statorsegment 11 eindringenden Strömung ein mediumdurchlassender Flansch 120 angeordnet. Basierend auf der Leitung und Lenkung, insbesondere Umlenkung des Kühlmediumstromes 14 wird im Rotorwellenhohlraum 160 der elektrischen Maschine 10, insbesondere der Rotorwelle 11.1 der elektrischen Maschine 10 die Wärmeübertragung von den einzelnen Komponenten der elektrischen Maschine 10 an das Kühlmedium 14 vorteilhaft ermöglicht. Auch findet in diesem Rotorwellenhohlraum 160 die Strömungserzeugung vorteilhaft mittels der Strömungserzeugungsstruktur 100 statt, wobei auch eine Mehrzahl von Strömungserzeugungsstrukturen 100 in dem Rotorwellenhohlraum 160 angeordnet sein können.
In der 3 ist in einer perspektivischen Teilschnittdarstellung eine weitere Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Rotorsegmentes 11 mit einer Rotorwelle 11.1 einer erfindungsgemäßen elektrischen Maschine 10 gezeigt, während in der 4 diese in der 3 gezeigte Ausführungsform des Rotorsegmentes 11 in einer seitlichen Schnittdarstellung dargestellt ist. Entsprechend der Ausführungsform eines Rotorsegmentes 11 gemäß der 1 und 5 weist auch das in den 3 und 7 gezeigte Rotorsegment 11, welches einen elektromagnetisch aktiven Bereich darstellt, eine mehrteilig, insbesondere eine dreiteilig aufgebaute Rotorwelle 11.1 auf. Vorteilhaft weist die Rotorwelle 11.1 des Rotorsegmentes 11 ein Trägerrohr 22 sowie an jeweils einem distalen Ende des Trägerohres 22 angeordneten Flansch, nämlich einmal einen Flansch, welcher an der Abtriebsseite der elektrischen Maschine 10 bzw. des Rotorsegmentes 11 angeordnet ist, den mediumdurchlassverhindernder Flansch 60, bzw. einen Flansch, welcher an der Strömungsseite der elektrischen Maschine 10 bzw. des Rotorsegmentes 11 angeordnet ist, einen mediumdurchlassender Flansch 120, auf.
Vorteilhaft ist das Rotorsegment 11 einseitig geschlossen, insbesondere mittels eines Verschlusselementes 70, wie einem Stopfen 70. Der Stopfen 70 ist dabei in einer Durchgangsbohrung des mediumdurchlassverhindernder Flansches 60 positioniert, um vorteilhaft ein Entweichen des Kühlmittels 14 über den mediumdurchlassverhindernder Flansch 60 zu verhindern. Ein Blechpaket 25 ist an der Rotorwelle 11.1 angeordnet. Abweichend zu der oben aufgezeigten Ausführungsform weist die in den 3 und 7 gezeigte Ausführungsform eines Rotorsegmentes 14 neben einem sich mit dem Rotorsegment 11 mitrotierenden bzw. mitdrehenden Tauchrohr 110 auch einen Trommelläufer 180 bzw. ein Trommelläuferelement 180 auf. Dieser Trommelläufer 180 ist vorteilhaft für einen großen bzw. hohen Druckaufbau geeignet und begünstigt ein stabiles und vorteilhaft gleichmäßiges Förderverhalten des Kühlmediums 14 durch das Rotorsegment 11, insbesondere durch die hier nicht gezeigte gesamte elektrische Maschine 10 und insbesondere entlang des Zuströmungsquerschnittes 140 und des Abströmungsquerschnittes 170.
In den 3 und 4 ist der Trommelläufer 180 lediglich schematisch aufgezeigt. Vorteilhaft ist wenigstens eine der Seitenflächen, insbesondere eine der Stirnflächen des Trommelläufers 180 zumindest abschnittsweise geschlossen, um vorteilhaft den Transport des Kühlmediums 14 bzw. des Kühlmediumstromes 14, insbesondere in radialer Richtung, zu sichern. Eine derartig geschlossene Wandung ist in den 3 und 4 mit dem Bezugszeichen 181 gekennzeichnet.
Das Tauchrohr 110 weist gemäß der in den 3 und 4 gezeigten Ausführungsformen zwei Abschnitte 110a und 110b auf. Der erste Abschnitt 110a weist einen geringeren Innendurchmesser und vorteilhaft auch einen geringeren Außendurchmesser als der zweite Abschnitt 110b auf. Der erste Abschnitt 110a und der zweite Abschnitt 110b des Tauchrohres 110 sind vorteilhaft in Gestalt eines Hohlzylinders gebildet und schließen aneinander an, sodass das Kühlmedium 14 in den ersten Abschnitt 110a in das Tauchrohr 110 eintreten und ausgehend von diesem ersten. Abschnitt 110a an den zweiten Abschnitt des Tauchrohres 110 übergeben wird, von welchem ausgehend das Kühlmedium 14 dem Trommelläufer 180 zugeführt wird. Die wenigstens eine den Trommelläufer 180 zumindest axial begrenzende bzw. verschließende Wandung 181 ist vorteilhaft eine Stirnwandung des Tauchrohres 110, insbesondere des zweiten Abschnittes 110b des Tauchrohres 110, welche in Richtung des Trommelläufers 180 ausgebildet ist. Der Trommelläufer 180 erstreckt sich vorteilhaft zwischen dem Tauchrohr 110 und dem Stopfen 70. Der Trommelläufer 180 agiert vorteilhaft als Strömungserzeugungsstruktur, insbesondere, da dieser mit dem Rotorsegment 11 und folglich dem Tauchrohr 110 mitrotierend ausgestaltet ist. Vorteilhaft weist der Trommelläufer 180 eine Mehrzahl an Schaufelelementen 182 auf und ist beispielsweise in Gestalt eines Schaufelrades ausgebildet.
In den 5 und 6 ist eine weitere Ausführungsform eines Rotorsegmentes 11 einer hier nicht vollständig aufgezeigten elektrischen Maschine dargestellt, wobei die 5 eine seitliche Schnittdarstellung und die 6 eine perspektivische Teilschnittdarstellung dieser weiteren Ausführungsform zeigt. Das Rotorsegment 11, insbesondere die mehrteilig aufgebaute Rotorwelle 11.1, weist besonders vorteilhaft wenigstens eine Innenkomponente, wie beispielsweise ein Tauchrohr 110, welches mit einem Diagonallüfter kombinierbar ist, auf. Das Rotorsegment 11 unterscheidet sich zu der in den 1 bis 2 gezeigten Ausführungsform eines Rotorsegmentes 11 dadurch, dass das Tauchrohr 110 eine Durchmessererweiterung A aufweist, welche sich zwischen einem distalen Ende eines ersten Abschnittes 110a Tauchrohres 110 und einem distalen Ende eines zweiten Abschnittes 110b des Tauchrohres erstreckt.
Die vorteilhaft kontinuierlich ausgestaltete Durchmessererweiterung A weist einen Innendurchmesser auf, welcher sich ausgehend von der Größe des Innendurchmesser des ersten Abschnittes 110a des Tauchrohres 110 bis zu der Größe des Innendurchmessers des zweiten Abschnittes 110b des Tauchrohres 110 erweitert. Eine Strömungserzeugungsstruktur 100 ist vorteilhaft zumindest abschnittsweise an der Durchmessererweiterung A angeordnet. Diese Strömungserzeugungsstruktur 100 weist beispielsweise eine Mehrzahl an Schaufelelementen auf, welche beabstandet zueinander in Umfangsrichtung des Tauchrohres 110, insbesondere der Durchmessererweiterung A des Tauchrohres 110 angeordnet sind. Des Weiteren wird angemerkt, dass die Ausgestaltung des Rotorsegmentes 11 den bereits in den 1 bis 7 aufgezeigten Ausführungsformen eines Rotorsegmentes 11 entspricht, sodass die dazu aufgeführten Erläuterungen bei der in den 5 und 9 aufgezeigten Ausführungsform ebenfalls herangezogen werden bzw. werden können.
In den 7 und 8 ist eine weitere Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Rotorsegmentes 11 gezeigt, wobei die 7 eine seitliche Schnittdarstellung und die 8 eine perspektivische Teilschnittdarstellung dieser Ausführungsform zeigt. Diese in den 7 und 8 gezeigte Ausführungsform entspricht im Wesentlichen der in den 1 und 2 gezeigten Ausführungsform, wobei abweichend dazu das mit dem Rotorsegment 11 mitrotierende Tauchrohr 110 eine Strömungserzeugungsstruktur 100 in Gestalt einer Schleuderstruktur 101 aufweist. Diese Schleuderstruktur 101 unterscheidet sich zu den bisher aufgezeigten Strömungserzeugungstrukturen 100 durch einfach und kostengünstig gestaltete bzw. herzustellende Schaufelelemente 102, welche vorteilhaft lediglich in Gestalt eines Brettes ausgebildet sind und vorteilhaft keine Winkelbereiche, Biegungen etc. aufweisen. Diese Schleuderstruktur 101 dient vorteilhaft für geringe Systemanforderungen.
In der 9 ist in einer seitlichen Schnittdarstellung eine weitere Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Rotorsegmentes 11 gezeigt. Wie auch die bereits oben genannten Ausführungsformen eines Rotorsegmentes 11 weist auch das in der 9 gezeigte Rotorsegment 11 eine mehrteilige insbesondere dreiteilige Rotorwelle 11.1 auf, welche über entsprechende Lager 130 bzw. 80 drehbar gelagert ist. Wie bereits beschrieben, dient eine der Komponenten des Rotorelementes 11 bzw. der Rotorwelle 11 als Trägerrohr 22, an welchem das Blechpaket 25 angeordnet ist. Die beiden anderen Komponenten der Rotorwelle 11.1 sind die beiden Flansche 60 und 120, welche im Wesentlichen als Stirnflächen des Trägerrohres 22 an den jeweiligen distalen Enden des Trägerrohres 22 angeordnet sind. Das Trägerrohr 22 ist vorteilhaft in Gestalt einer Hohlwelle ausgebildet, sodass sich zumindest abschnittsweise innerhalb dieses Trägerrohres 22 ein Strömungsleitkörper 221 erstrecken kann, welcher ebenfalls vorteilhaft in Gestalt einer Hohlwelle ausgebildet ist. Der Strömungsleitkörper 221 ist vorteilhaft ein Bestandteil des Kühlsystems 300, welches beispielsweise zudem wenigstens eine Strömungslenkungsstruktur 190 aufweist. Im Gegensatz zu den in den 1 bis 8 gezeigten Rotorwellen 11 bzw. zumindest nicht vollständig dargestellten elektrischen Maschinen 10, ist der Strömungsleitkörper 221 im Gegensatz zu dem Tauchrohr 110 (vgl. 1 bis 8) gemäß der im folgenden beschriebenen Ausführungsformen statisch, das bedeutet nicht mit der Rotorwelle 11.1 bzw. dem Rotorsegment 11 mitrotierend ausgebildet bzw. angeordnet. Der Strömungsleitkörper 221 ist folglich eine innere stehende Komponente der elektrischen Maschine 10.
Die Rotorwelle 11.1 weist eine geöffnete Seite und eine geschlossene Seite auf, wobei die geschlossene Seite die Schnittstelle zu einem hier nicht gezeigten Getriebe 40 darstellt und mit einem Verschlusselement 70, insbesondere einem Stopfen 70, welcher in einer Öffnung des mediumdurchlassverhindernder Flansches 60 angeordnet ist, verschlossen ist. Unter dem Begriff „verschlossen” wird im Rahmen der Erfindung eine Ausgestaltung von Komponenten verstanden, durch welche es ermöglicht wird ein Hindurchfließen, insbesondere ein ungewolltes Transportieren des Kühlmediums 14 bzw. des Kühlmediumstromes 14 in dafür nicht vorgesehene Abschnitte der elektrischen Maschine 10 zu verhindern. Die offene Seite der Rotorwelle 11.1 ist insbesondere in Richtung der Strömungsseite gerichtet. In dem Bereich der Strömungsseite erstreckt sich der Strömungsleitkörper 221 ausgehend von einem Gehäuse 34 in Richtung der Rotorwelle 11.1 und zumindest abschnittsweise durch diese hindurch. Der Strömungsleitkörper 221 weist vorteilhaft eine Durchmesseraufweitung A auf, welche den Strömungsleitkörper 221 in einen ersten Abschnitt 221a mit geringere Innendurchmesser und einen zweiten Abschnitt 221b mit im Vergleich zum ersten Abschnitt 221a vergrößerten Innendurchmesser unterteilt. Mittels des Strömungsleitkörper 221 wird vorteilhaft ein zweifacher Strömungskanal ausgebildet, welcher einen Zuströmungskanal mit einem entsprechenden Zuströmungsquerschnitt 140 und einen Abströmungskanal mit einem entsprechenden Abströmungsquerschnitt 170 aufweist. Die offene Seite der Rotorwelle 11.1 dient folglich vorteilhaft zum Strömungsaustausch, wobei eine Strömung eines Kühlmediums 14 in die elektrische Maschine 10 bzw. das hier dargestellte Rotorsegment 11 der hier nicht vollständig aufgezeigten elektrischen Maschine 10 als einfließendes und folglich kaltes Kühlmedium 14a eingebracht (Kühlmediumzuströmung) und nach dem Wärmeaustausch als erwärmtes Kühlmedium und folglich auszuleitendes Kühlmedium 14b (Kühlmediumabströmung) wieder aus der elektrischen Maschine 10 bzw. deren Rotorsegment 11 hinaus transportiert wird.
Vorteilhaft weist die zumindest teilweise in der 9 gezeigte elektrische Maschine 10 einen Kühlkörper 200 auf, welcher beispielsweise in Gestalt einer Mehrzahl von Kühlrippen, welche sich von der inneren Oberfläche des Rotorelementes 11 weg erstrecken, ausgestaltet ist. Des Weiteren weist die elektrische Maschine 10 ein Rastelement 210 auf, welches vorteilhaft dazu dient das Tauchrohr 110 mit dem Gehäuses 34 und insbesondere einer Ausformung des Gehäuses 34 zu verbinden. Des Weiteren sind Strömungsleitelemente 190 insbesondere im Bereich der Durchmesseraufweitung des Strömungsleitkörpers 221 angeordnet. Diese Strömungsleitelemente 190 können sich beispielsweise ausgehend von einer äußeren Oberfläche des Strömungsleitkörpers 221 in radialer Richtung von diesem weg erstrecken und vorteilhaft in Form von Vorsprüngen, Kanälen, Wandungen, Schaufeln oder vergleichbarem ausgestaltet sein.
In der 10 ist schematisch in einer seitlichen Schnittdarstellung eine Ausführungsform einer elektrischen Maschine 10 integriert in einen Bauraum 500 gezeigt. Das Lüfterrad, welches als Lüftungskomponente 250 dient, ist aufgeschraubt und gesichert über eine eingegossene Hülse in einer Tragscheibe, wie z. B. einer Mutter mit einer Klemmfunktion. Die Deckscheibe weist vorteilhaft Flügelelemente, welche mittels einer Klebeverbindung mit der Tragscheibe verbunden sind. Es ist des Weiteren denkbar, dass des Lüfterrad über eine Dichtlippe verfügt.
Das Führungsrohr 21 ist vorteilhaft dergestalt aufgebaut, dass dieses einen äußeren Ringquerschnitt zum Ausschieben des Kühlmediumstromes und einen inneren Ringquerschnitt zur Einströmung aufweist. Des Weiteren ist vorteilhaft ein Filter 30 als Filterschlauch mit einer grollen Oberfläche für einen geringen Druckverlust integriert, welcher auf einer Filtertragstruktur angeordnet ist. Die Strömungsquerschnitte sind hinsichtlich der Zuströmung, der Ausströmung und der Filteroberfläche aufgeteilt. Vorteilhaft dient das Führungsrohr 21 als Tragelement für den im Rotorsegment 11 stehenden Strömungsleitkörper 221 und ist über entsprechende, vorteilhaft gehäusefeste Rastelemente verbunden.
Der Strömungskanal im Rotorsegment 11 weist einen Lüfter auf, welcher am Flansch der Rotorwelle 11.1 angeordnet ist. Durch den äußeren Ringquerschnitt des Strömungsleitkörpers 221 wird das Kühlmedium 14 durch den Filter 30 und die Rotorwelle 11.1 angesaugt, welches wiederum über den äußeren Ringquerschnitt des Führungsrohres 21 ausgestoßen wird. Das Kühlmedium 14, wie beispielsweise Luft, strömt durch den Innenkanal des Strömungsleitkörpers 221 ein. Der engste Strömungsquerschnitt unter dem Lagersitz ist vorteilhaft gleichmäßig hinsichtlich der Zu- und Ausströmung aufgeteilt. Die Aufweitung im Inneren des Rotorsegmentes 11 ist vorteilhaft vergleichbar gleichmäßig aufgeteilt zwischen der Aufweitung innen und einer Verengung außen. Hierbei ist es das Ziel den Strömungsquerschnitt konstant über die einzelnen Bereiche der Zuströmung, der Umlenkung und der Erwärmung zu erhalten. Im Bereich eines distalen Endes des Strömungsleitkörpers 221 findet die Umlenkung statt, da der Strömungsaustausch lediglich über eine Seite möglich ist. Eine Unterstützung dieser starken Richtungsänderung ist mittels einer Schleuderstruktur, welche als Strömungserzeugungsstruktur 100 dient, wie bereits oben genannt, möglich. Das Kühlmedium 14 wird nach außen bewegt und bekommt bereits hier die Rotation aufgeprägt, wodurch der Eintritt in den rotierenden Kühlkörper 200 verbessert wird. Zwischen Schleuderstruktur 100 und Strömungsleitkörper 221 ist vorteilhaft ein Sicherheitsspalt vorgesehen. Die Erwärmung des Kühlmediums 14 findet vorteilhaft im Bereich der Kühlrippen statt, wobei vorteilhaft ein Sicherheitsspalt zwischen den Kühlrippen und dem Strömungsleitkörper 221 besteht. Mittels der Kühlrippen wird vorteilhaft eine Oberflächenvergrößerung des Kühlkörpers ermöglicht, welcher auch unterschiedliche Oberflächenbeschaffenheiten und -strukturen aufweisen kann. Vorteilhaft werden hierbei entstehende Turbulenz genutzt. Das Kühlmedium 14 fließt vorteilhaft über den Außenkanal aus, wobei in diesem Bereich der Strömungsquerschnitt verkleinert ist. Die stehende Leitstruktur entfernt vorteilhaft die Rotation aus der Kühlmediumströmung 14 und nutzt diese als Bewegung in Richtung der Lüfter. Dies führt zu einer Rückgewinnung der gewünschten Bewegungsenergie und einer Optimierung der Lüfteranströmung für eine Wirkungsoptimierung.
Es ist des Weiteren denkbar, dass der mit dem Rotorsegment 11 bzw. der Rotorwelle 11.1, rotierende Kühlkörper 200 in axiale zueinander beabstandet angeordnete Abschnitte aufgeteilt ist. Zwischen den einzelnen Abschnitten, sprich in deren Zwischenräume können demnach Komponenten des Strömungsleitelementes 190 angeordnet sein. Demnach ist es denkbar, dass das Strömungsleitelement 190 mehrstufig aufgebaut ist und folglich aus einzelnen zueinander beabstandet anordenbaren Komponenten besteht. Vorteilhaft wird dadurch eine mehrstufige Druckerzeugung beim Kühlmedium 14 bewirkt. Es wäre auch denkbar, dass anstelle des Kühlkörpers, insbesondere der Kühlkörperabschnitte anderweitig gestaltete Strömungserzeugungsstrukturen vorteilhaft mitrotierend zwischen den bereits bestehenden Komponenten des Strömungsleitelementes 190 angeordnet sind.
In der 11 ist in einer seitlichen Schnittdarstellung eine Ausführungsform einer Rotorwelle 11.1 einer hier nicht vollständig aufgezeigten elektrischen Maschine 10 dargestellt, bei welcher sich die Innenkomponenten in einer gesicherten Bearbeitungsposition befinden. Demnach ist insbesondere eine Einspannung der Rotorwelle 11.1 zumindest während eines Bearbeitungsprozesses Letzterer gezeigt. Die Innenkomponenten sind beispielsweise der Strömungsleitkörper 221, welcher eine Durchmesseraufweitung A aufweist, und die Strömungsleitelemente 190 und folglich die innerhalb der Rotorwelle 11.1 angeordneten Komponenten, welche zur Leitung des Kühlmediumstromes 14 bzw. zur Erzeugung der Strömung des Kühlmediumstromes 14 dienen. Die mehrteilige, insbesondere dreiteilige Rotorwelle 11.1, weist, wie bereits oben genannt, ein Trägerrohr 22 sowie an jeweils einem distalen Ende des Trägerrohres 22 angeordnete Flansche 60 und 120 auf. Die Ausgestaltung der Rotorwelle 11.1 bzw. die hier dargestellten einzelnen Komponenten der hier nicht vollständig aufgezeigten elektrischen Maschine 10 entsprechen im Wesentlichen den in der 9 gezeigten Komponenten einer elektrischen Maschine 10, sodass die zu der 9 aufgeführten Erläuterungen hierbei vollumfänglich mit einbezogen werden bzw. werden können. Die Positionierung der Rotorwelle 11.1 für deren Bearbeitung erfolgt vorteilhaft mittels zweier Zentrierelemente 240, welche beispielsweise in Gestalt von Zentrierspitzen oder Zentrierstiften oder in vergleichbarer Gestalt ausgebildet sein können. Der Strömungsleitkörper 221 selbst wird zumindest an einem seiner distalen Enden (erstes distales Ende) vorteilhaft über in einem Zentrierhilfskörper 241 ausgebildete Nuten 242, welcher auch als Transportsicherung ausgestaltet ist, gehalten. Vorteilhaft weist der Zentrierhilfskörper 241 eine Mehrzahl, insbesondere vier Nuten 242 auf, in welche entsprechende Vorsprünge 222 des Strömungsleitkörpers 221 eingreifen bzw. angeordnet sind. Im Rahmen der Erfindung ist es denkbar, dass der Zentrierhilfskörper 241 in der elektrischen Maschine 10, insbesondere im Rotorsegment 11 auch während des Betriebes verbleibt. In der Bearbeitungsposition werden die Innenkomponenten gehalten, um eine Bearbeitung der Rotorwelle 11.1, wie beispielsweise ein Schleifen, Drehen oder Auswuchten der Rotorwelle 11.1 zu ermöglichen, ohne dass es zu einer Beschädigung der Innenkomponenten kommt. Folglich werden die Innenkomponenten zentriert gehalten. Dafür ist auch eine vorteilhaft wiederverwendbare Transportsicherung 270 dienlich, welche nach der Bearbeitung der Rotorwelle 11.1 entfernt wird. Diese Transportsicherung ist vorteilhaft an einem anderen distalen Ende (zweites distales Ende) des Strömungsleitkörpers 221 angeordnet, welches dem distalen Ende gegenüberliegt, an welchem der Zentrierhilfskörper 241 zur Positionierung des Strömungsleitkörpers 221 dient.
In der 12 ist in einer seitlichen Schnittdarstellung eine Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Rotorwelle 11.1 einer hier nicht vollständig dargestellten elektrischen Maschine 10 gezeigt, bei welcher eine ungeeignete Positionierung der Innenkomponenten zumindest während eines Bearbeitungsprozesses der Rotorwelle 11.1 erfolgt. Wie in der 12 ersichtlich, führt insbesondere ein Fehlen einer Transportsicherung 270 (vgl. 11) zu einer Kollision des Zentrierelementes 240 mit dem Strömungsleitkörper 221. Hierdurch wird eine undefinierte und ungewünschte Lagerung des Strömungsleitkörper 221 bzw. der Innenkomponente, insbesondere während des Bearbeitungsprozesses der Rotorwelle 11.1, wie beispielsweise dem Schleifprozess, verursacht, welche wiederum eine veränderliche Unwucht der Rotorwelle 11.1 zur Folge hat. Des Weiteren wäre es denkbar, dass aufgrund dieser Lagerung der Rotorwelle 11.1 auch einzelne Innenkomponenten, wie beispielsweise der Strömungsleitkörper 221, der Kühlkörper 200, der Zentrierhilfskörper 241 oder eine nichtdargestellte Feststellbremse beschädigt werden.
In der 13 ist eine seitliche Schnittdarstellung eine Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Rotorsegmentes 11 einer elektrischen Maschine 10 gezeigt, welches im Wesentlichen der in der 11 gezeigten Ausführungsform entspricht. Folglich, werden hinsichtlich der Beschreibung der Ausgestaltung des Rotorsegmentes 11 bzw. der nicht vollständig bzw. vollumfänglich aufgezeigten elektrischen Maschine 10 die zu der Ausführungsform der 11 aufgeführten Erläuterungen hierbei vollumfänglich mit einbezogen. Die Innenkomponenten der elektrischen Maschine 10, insbesondere des Rotorsegmentes 11, wie beispielsweise das mitrotierende Tauchrohr 110 bzw. der statische bzw. stehende Strömungsleitkörper 221 befinden sich in einer Betriebsposition. Vorteilhaft sind die Innenkomponenten während des Betriebes des Rotorsegmentes 11 und folglich der elektrischen Maschine 10 in einer Betriebsposition angeordnet bzw. ausgerichtet, in welcher ein Sicherheitsabstand zumindest zwischen dem Strömungsleitkörper 221 und den rotierenden Teilen, wie der Rotorwelle 11.1 erzeugt ist.
Die vorteilhaft dreiteilig gestaltete Rotorwelle 11.1 ist beispielsweise über Lager 80 und 130 gelagert und trägt insbesondere im Bereich des Trägerrohrs 22 der Rotorwelle 11.1 das Blechpaket 25. Die Rotorwelle 11.1 weist eine geschlossene Seite auf, welche die Schnittstelle zu einem hier nicht gezeigten Getriebe 40 bildet. Des Weiteren ist es denkbar, dass die Rotorwelle 11.1 einen verschiebbaren Anschluss für einen Revolver, einen Zentrierhilfskörper 241 und einen Stopfen 70 sowie Bohrungen für die Verlegung von Kabel aufweist. Das Blechpaket 25 weist vorteilhaft Messstellen auf. Des Weiteren ist ein Kühlkörper 200 angeordnet, welcher vorteilhaft ein mitrotierender Kühlkörper 200 ist. Durch den Strömungsleitkörper 221 werden zwei Strömungskanäle gebildet, einmal der Zuströmungskanal, welcher durch einen Zuströmungsquerschnitt 140 gebildet ist, und einen Abströmungskanal, welcher durch einen Abströmungsquerschnitt 170 gebildet ist. Die offene Seite der Rotorwelle 11.1 dient zum Strömungsaustausch des Kühlmediumstromes 14, wobei das Kühlmedium 14 als Eingangsströmung 14a durch die zentrische Bohrung des Strömungsleitkörpers 221 in die Rotorwelle 11.1 eintritt und als Ausgangsströmung 14b im Bereich des Strömungsleitkörpers 221, nämlich entlang dessen Außenseiten, an welcher beispielsweise der Strömungsleitelement 190 angeordnet ist, und insbesondere im Bereich der Lüftungskomponente 250, aus der Rotorwelle 11.1 wieder austritt. Die Lüftungskomponente 250 ist vorteilhaft als Lüfterrad ausgestaltet und über eine eingegossene Hülse in der Tragscheibe aufgeschraubt bzw. gesichert (z. B. Mutter mit Klemmfunktion, Deckscheibe Lüfterrad verklebt und mit Dichtlippe).
Es ist denkbar, dass die Lüfterkomponente 250 eine Saugseite aufweist, über welche es das Kühlmedium 14 zumindest indirekt aus der Umgebung U (über die Rotorwelle 11.1) ansaugst und über eine Ausstoß-Seite vorteilhaft diagonal wieder in die Umgebung U ausstößt. Der Kühlmediumstrom 14 strömt durch den Innenkanal, sprich die Durchgangsbohrung des Strömungsleitkörpers 221, wobei der engste Strömungsquerschnitt unter dem Lagersitz des Lagers 130 gebildet ist, welcher vorteilhaft gleichmäßig zwischen der Zuströmung und der Ausströmung aufgeteilt ist. Des Weiteren weist der Strömungsleitkörpers 221 eine Durchmesseraufweitung A auf, wobei auch im Bereich dieser Durchmesseraufweitung A die Zuströmung und die Ausströmung des Kühlmediumstromes 14 vorteilhaft gleichmäßig zwischen der Aufweitung innen und der Verengung außen aufgeteilt ist. Hierdurch wird vorteilhaft der Strömungsquerschnitt konstant über Bereiche der Zuströmung, Umlenkung und Erwärmung erhalten.
Da ein Strömungsaustausch des Kühlmediumstromes 14 vorteilhaft lediglich über eine Seite ermöglicht werden soll, weist die elektrische Maschine 10 bzw. das Rotorsegment 11 auch eine Umlenkung 150 auf. Des Weiteren ist es möglich, dass die Strömung des Kühlmediums 14 durch eine hier nicht dargestellten Strömungserzeugungsstruktur positiv beeinflusst. Das bedeutet, dass mittels der Strömungserzeugungsstruktur die Strömung des Kühlmediums 14 nach außen bewegt wird, wobei diese vor Eintritt in den rotierenden Kühlkörper eine Rotationsaufprägung erfährt. Des Weiteren ist vorteilhaft ein Sicherheitsspalt zwischen der Strömungserzeugungsstruktur und dem Strömungsleitkörper 221 ausgebildet.
Die Erwärmung der elektrischen Maschine 10 wird beispielsweise im Bereich der Kühlrippen des Kühlkörpers 200 an den Kühlmediumstrom 14 abgegeben, wobei vorteilhaft ein Sicherheitsspalt zwischen den Kühlrippen und dem Strömungsleitkörper 221 ausgebildet ist. Mittels einer Oberflächenvergrößerung des Kühlkörpers 200 durch beispielsweise einzelne Kühlrippen und einer eventuellen veränderten Oberflächenbeschaffenheit, kann hinreichend von der elektrischen Maschine 10 erzeugte Wärme an den Kühlmediumstrom 14 abgegeben werden. Hierfür ist auch die Nutzung von vorteilhaft erzeugten und gewollten Turbulenz hilfreich.
Die Ausströmung des Kühlmediumstromes 14 erfolgt vorteilhaft über einen Außenkanal. Der Strömungsquerschnitt ist hierbei verkleinert. Entsprechend angeordnete und stehende Leitstrukturen, wie Strömungsleitelemente 190 dienen vorteilhaft dazu die Rotation aus der erwärmten und austretenden Kühlmittelströmung 14 zu entfernen, wobei diese als Bewegung in Richtung der Lüftungskomponente 250 genutzt wird. Dies dient vorteilhaft zu einer Energierückgewinnung und einer Optimierung der Anströmung der Lüfterkomponente 250 hinsichtlich derer Wirkungsoptimierung.
In der 14 ist in einer seitlichen Schnittdarstellung eine elektrische Baugruppe 500 aufweisend eine Ausführungsform einer erfindungsgemäßen elektrischen Maschine 10 gezeigt, bei welcher die stehenden, das bedeutet die nicht rotierenden Innenkomponenten über von außen angreifende Stützkörper 220 aufgenommen sind. Das Rotorelement 11 bzw. die Rotorwelle 11.1 ist, wie oben bereits mehrfach aufgezeigt, in die elektrische Maschine 10 integriert bzw. vorteilhaft ein Bestandteil dieser elektrischen Maschine 10. Durch einen weiteren Bauraum der Baugruppe 500 führt ein Kanal 310 zum Einbringen des Kühlmediums 14 in den Abschnitt der elektrischen Maschine 10. Des Weiteren können Aufnahmevorrichtungen zur Aufnahme eines Führungsrohres 21 zum Einbringen des Kühlmediums 14 vorgesehen sein. Vorteilhaft erfolgt eine Spaltabstimmung hinsichtlich des Lüfterrades bzw. der Lüftungskomponente 250 und der Stützfläche nah an diesem Spalt, um einen. Ausgleich der Wärmeausdehnung zu ermöglichen. Das Führungsrohr 21 ist derart konstruiert, das die Ausströmung des Kühlmediums 14 entlang eines Raumes zwischen dem Führungsrohr 21 und einer Wandung des weiteren Bauraumes der Baugruppe 500, insbesondere im Bereich der Druckseite der Lüftungskomponente 250 erfolgt, während die Einströmung des Kühlmediums 14 durch das Führungsrohr 21, sprich entlang dessen Innenseite, insbesondere im Bereich der Saugseite der Lüftungskomponente 250 erfolgt.
Im Folgenden wird beispielhaft ein Montagekonzept für stehende, sich nicht mitrotierende Innenkomponenten, wie zum Beispiel dem Strömungsleitkörper 221 beschrieben. Vorteilhaft wird in einem ersten Schritt das Rotorsegment 11, aufweisend zumindest eine mehrteilige Rotorwelle 11.1 und ein Blechpaket 25 in die elektrische Maschine 10 eingebaut, danach die Transportsicherung 270 entfernt. Falls erforderlich wird die Lüftungskomponente 250 bzw. der Lüfter außen an die Rotorwelle 11.1 angeordnet und gesichert. Dies kann beispielsweise mittels einer Schraubverbindung erfolgen, wobei bei Bedarf auch eine Klebeverbindung und/oder eine Gewindeklemmfunktion genutzt werden kann.
Vorteilhaft ist ein integriertes Filterelement 30 bzw. ein integrierter Filter 30 als Filterschlauch mit großer Oberfläche für geringen Druckverlust auf einer Filtertragstruktur ausgebildet. Der Strömungsquerschnitt ist hinsichtlich der Zuströmung, Ausströmung und der Filteroberfläche aufgeteilt. Der Bereich des Führungsrohres 21 bzw. der Stützkörper 220 dient vorteilhaft als Tragelement für den im Rotorsegment 11 stehenden. Strömungsleitkörper 221, wobei eine Verbindung zwischen dem Strömungsleitkörper 221 und. dem Maschinengehäuse 34 vorteilhaft mittels wenigstens eines Rastelementes 210 erfolgt. Die Verrastung kann vorteilhaft jederzeit und besonders vorteilhaft zerstörungsfrei wieder gelöst werden. Dabei stützt sich der Strömungsleitkörper 221 innen am Flansch ab.
Das Verschieben von Innenkomponenten oder Innenbaugruppen nach erfolgreicher Bearbeitung hin zur Betriebsposition kann verschiedenste Gründe haben. So sind zum Beispiel die Sicherstellung von Qualitätsmerkmalen einer Verbindung, der Bauteilschutz, die Notwendigkeit des im Betrieb belegten Bereichs für eine Bearbeitung oder die Sicherstellung der Erreichbarkeit eines später verdeckten Gebietes als mögliche Gründe aufzuführen.
Für Innenkomponenten, welche die Rotation des Rotors 11 im Betrieb übernehmen, insbesondere für sich mit rotierende Innenkomponenten, wie dem Tauchrohr 110 findet vorteilhaft ein zum oben aufgeführten Montagekonzept abweichendes Montagekonzept Anwendung. Beispielsweise kann dies für ein Tauchrohr 110 mit einer integrierten Strömungserzeugungsstruktur 100 der Fall sein. Nach erfolgreicher Bearbeitung der Rotorwelle 11.1, bei welcher die Komponenten in der Bearbeitungsposition mittels Funktionsflächen wie beispielsweise einem Vorsprung 222 und einer Nut 242, oder zusätzlichen Bauteilen, wie einer Transportsicherung 270, zentriert und gesichert sind, erfolgt der Einbau des Rotors 11, bestehend aus der Rotorwelle 11.1 mit Blechlamellenpaket 25, in die elektrische Maschine 10. Dann kann die Entnahme der zusätzlichen Transportsicherung 270 erfolgen und mittels eines Montagewerkzeuges die für die Funktion der Innenkomponente vorgesehene Betriebsposition eingestellt werden. Im Fall der integrierten Strömungserzeugungsstruktur 100 mit dem Tauchrohr 110 muss eine funktionsgerechte Übergabe der Kühlmedienströme in den Rotor 14a und aus dem Rotor heraus 14b sichergestellt werden. Da bei dieser Übergabe aber rotierende Innenkomponenten und stehende Außenkomponenten, wie zum Beispiel der Stützkörper 220 oder das Führungsrohr 21, in unmittelbarer Nähe zueinander sind, müssen besondere Maßnahmen ergriffen werden. Beispielsweise kann hier eine berührungslose Dichtung zum Einsatz kommen, genauso aber auch eine zusätzliche Lagerung vorgesehen werden. Durch Einstellmöglichkeiten der stehende Außenkomponenten, wie z. B. des Stützkörpers 220 oder des Führungsrohr 21 zum Gehäuse 34, muss sichergestellt sein, dass die Position der rotierenden und stehenden Teile zueinander bei allen Betriebszuständen entweder einen ausreichenden Sicherheitsspalt vorsieht, dass entsprechende Notlaufeigenschaften im Berührungsfall greifen können oder dass über eine zusätzliche Lagerung ein ständiger Kontakt besteht.
In den 15 und 19 ist eine Ausführungsform einer Innenkomponente, wie einem Strömungsleitkörper 221 (oder gegebenenfalls einem Tauchrohr 110) gezeigt, welches mittels einer Transportsicherung 270 und einem Zentrierelement 241 in einer definierten Position gehalten ist. Wie in der 15 gezeigt, ist der Strömungsleitkörper 221 (oder gegebenenfalls das Tauchrohr 110) in einer Bearbeitungsposition gehalten, während in der 16 das Halten des Strömungsleitkörpers 221 (oder gegebenenfalls des Tauchrohres 110) in einer Betriebsposition gezeigt ist. Die Transportsicherung 270 hält sich vorteilhaft selbst mittels eines O-Ringes 260 im Bereich des Flansches in Position. Damit wird eine axiale Verschiebung der gegen die Funktionsflächen gedrückten Innenkomponente verhindert und der feste Sitz in den Zentrierstrukturen sichergestellt. Die Transportsicherung 270 ist derart gestaltet, dass die Geometrie der Zentrierspitze 240 bzw. des Strömungsleitkörpers 221 das entsprechende Gegenstück bilden. Es ist des Weiteren denkbar, dass im zugänglichen Bereich des Innendurchmessers der Transportsicherung 270 einzelne Strukturen, wie beispielsweise Taschen und Durchbrüche vorgesehen sind, welche die Demontage der Transportsicherung 270 erleichtern. In der 16 ist anstatt der Transportsicherung 270 ein Stützkörper 220 gezeigt, welcher sich zumindest abschnittsweise in den Strömungsleitkörper 221 (oder gegebenenfalls in das Tauchrohr 110) hinein erstreckt, um diesen zu positionieren. Es ist denkbar, dass auch am Stützkörper 220 ein O-Ring 260, welcher vorteilhaft der Verrastung dient und demnach in Funktion eines Rastelementes auftritt angeordnet sein kann, um eine einfache und kostengünstige Zentrierung und Anordnung des Strömungsleitkörpers 221 (oder gegebenenfalls des Tauchrohres 110) auf dem Stützkörper 220 zu ermöglicht.
In der 17 ist in einer seitlichen Schnittdarstellung eine weitere Ausführungsform einer mehrteiligen Rotorwelle 11.1 gezeigt, welche schematisch Innenkomponenten in einer Betriebsposition P1 und in einer Bearbeitungsposition P2 darstellt. Der Verschiebeweg W ermittelt sich aus der Differenz zwischen der Betriebsposition P1 und der Bearbeitungsposition P2 hinsichtlich der Positionierung des Strömungsleitkörpers 221 (oder gegebenenfalls des Tauchrohres 110) innerhalb der Rotorwelle 11.1 entlang der Wellenlängsachse L.
Die Erfindung beschränkt sich in ihrer Ausführung nicht auf die vorstehend angegebenen Ausführungsbeispiele. Vielmehr ist eine Anzahl von Varianten denkbar, welche von der dargestellten Lösung auch bei grundsätzlich anders gearteten Ausführungen Gebrauch macht. Sämtliche aus den Ansprüchen, der Beschreibung oder den Zeichnungen hervorgehenden Merkmale und/oder Vorteile, einschließlich konstruktiver Einzelheiten oder räumlicher Anordnungen, können sowohl für sich als auch in den verschiedensten Kombinationen erfindungswesentlich sein.
Bezugszeichenliste

10: elektrische Maschine
11: Rotor/Rotorsegment/mehrteiliges Rotorsegment
11.1: Rotorwelle/mehrteilige Rotorwelle
14: Kühlmedium
14a: einströmendes Kühlmedium
14b: ausströmendes Kühlmedium
21: Führungsrohr
22: Trägerrohr
25: Blechlamellenpaket
30: Filterelement/Filter
34: (Maschinen-)Gehäue
60: mediumdurchlassverhindernder Flansch
70: Verschließelement/Stopfen
80: Abtriebslager/Lager der Abtriebsseite
90: Getriebeschnittstelle
100: Strömungserzeugungsstruktur
101: Schleuderstruktur
102: Schaufelelement
110: Tauchrohr
110a: erster Abschnitt des Tauchrohres
110b: zweiter Abschnitt des Tauchrohres
120: mediumdurchlassender Flansch
130: Strömungslager/Lager der Strömungsseite
140: Zuströmungsquerschnitt
141: Zuströmungskanal
150: Umlenkung
160: Rotorwellenhohlraum
170: Abströmungsquerschnitt
171: Abströmungskanal
180: Trommelläufer
181: Stirnwandung/Wandung
182: Schaufeln
190: Strömungslenkungsstruktur
200: Kühlkörper
210: Rastelement
220: Stützkörper/Stützelement
221: Strömungsleitkörper
221a: erster Abschnitt des Strömungsleitkörpers
221b: zweiter Abschnitt des Strömungsleitkörpers
222: Vorsprung
240: Zentrierelement
241: Zentrierhilfskörper
242: Nut
250: Lüftungskomponente
260: O-Ring
270: Transportsicherung
300: Kühlsystem
500: Baugruppe/elektronische Baugruppe
I: erster Wärmeübergangsbereich
II: erster Wärmeübergangsbereich
A: Durchmesseraufweitung/Durchmessererweiterung
L: Wellenlängsachse/Längsachse
P1: Betriebsposition
P2: Bearbeitungsposition
U: Umgebung
W: Verschiebeweg

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

CH 337267 A1 [0003]
US 6191511 B1 [0004]
EP 0989658 A1 [0004]
DE 102012203697 A1 [0005]
DE 102009001458 A1 [0006]

Claims

Elektrische Maschine (10) mit einem Kühlsystem (300) zum Kühlen wenigstens einer Komponente der elektrischen Maschine (10) mittels eines Kühlmediums (14), wobei die elektrische Maschine (10) wenigstens eine sich um eine Rotationsachse rotierende mehrteilige Rotorwelle (11.1), umfassend zumindest ein Trägerrohr (22) sowie einen an einer ersten offenen Seite des Trägerrohres (22) angeordneten mediumdurchlassenden Flansch (120) und einen an einer zweiten offen Seite des Trägerohres (22) angeordneten mediumdurchlassverhindernden Flansch (60), aufweist, wodurch ein Rotorwellenhohlraum (160) gebildet ist, wobei das Kühlsystem (300) wenigstens ein Kühlmediumführungselement zum Führen des Kühlmediums (14) zumindest in den Rotorwellenhohlraum (160) hinein oder aus dem Rotorwellenhohlraum (160) heraus aufweist, und wobei ein Abschnitt des Kühlmediumführungselementes sich koaxial zu dem Trägerrohr (22) innerhalb der Rotorwelle (11.1) erstreckt und eine Trennung eines in die Rotorwelle (11.1) einströmenden Kühlmediums (14a) von einem aus der Rotorwelle (11.1) ausströmenden Kühlmediums (14b) bewirkt.
Elektrische Maschine (10) gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Kühlmediumführungselement einen zweifachen Strömungskanal ausbildet, welcher einen Zuströmungskanal (141) mit einem Zuströmungsquerschnitt (140) und einen Abströmungskanal (171) mit einem Abströmungsquerschnitt (170) aufweist.
Elektrische Maschine (10) gemäß wenigstens einem der vorangegangenen Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Kühlmediumsführungselement ein dynamisches mit der Rotorwelle (11.1) mit drehendes Tauchrohr (110) oder ein statisch innerhalb der Rotorwelle angeordneter Strömungsleitkörper (221) ist.
Elektrische Maschine (10) gemäß Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens das Tauchrohr (110) oder der Strömungsleitkörper (221) zumindest eine Strömungserzeugungsstruktur (100) aufweist, welche das Kühlmedium (14) in Bewegung versetzt.
Elektrische Maschine (10) gemäß wenigstens einem der vorangegangenen Ansprüche 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens das Tauchrohr (110) oder der Strömungsleitkörper (221) zumindest eine Strömungslenkungsstruktur (190) wenigstens zur Strömungsumlenkung oder zur Strömungsberuhigung aufweist.
Elektrische Maschine (10) gemäß Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass zur Erzeugung eines mehrstufigen Strömungserzeugungs- und -lenkungssystem die Strömungslenkungsstruktur (190) und die Strömungserzeugungsstruktur (100) in Strömungsrichtung des Kühlmediums (14) betrachtet in Reihe nacheinander angeordnet sind.
Elektrische Maschine (10) gemäß wenigstens einem der vorangegangenen Ansprüche 4 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Strömungserzeugungsstruktur (100) sich ausgehend von einer äußeren Oberfläche des Tauchrohres (110) in einen der Strömungskanäle (141, 171) zwischen dem Tauchrohr (110) und einer Wandung der Rotorwelle (11.1) erstreckt.
Elektrische Maschine (10) gemäß wenigstens einem der vorangegangenen Ansprüche 5 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Strömungslenkungsstruktur (190) sich ausgehend von einer äußeren Oberfläche des Strömungsleitkörpers (221) in einen Ausströmungskanal (171) zwischen dem Strömungsleitkörper (221) und einer Wandung der Rotorwelle (11.1) erstreckt.
Elektrische Maschine (10) gemäß wenigstens einem der vorangegangenen Ansprüche 5 oder 8, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens die Strömungserzeugungsstruktur (100) oder die Strömungslenkungsstruktur (190) eine Durchgangsöffnung aufweist, durch welche sich das Kühlmediumführungselement hindurch erstreckt.
Elektrische Maschine (10) gemäß wenigstens einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der mediumdurchlassverhindernde Flansch (60) für eine Umlenkung des einströmenden Kühlmediums (14a) innerhalb der Rotorwelle (11.1) dient.
Elektrische Maschine (10) gemäß wenigstens einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Trägerrohr (22) zumindest abschnittsweise an seiner inneren Oberfläche eine Wärmeübergabestruktur aufweist, um Wärme an das an der Wärmeübergabestruktur vorbeigeleitete Kühlmedium (14) abzugeben.
Elektrische Maschine (10) gemäß wenigstens einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens ein mit der Rotorwelle (11.1) drehbarer oder statisch gegenüber der Rotorwelle (11.1) angeordneter Kühlkörper (200) innerhalb der Rotorwelle (11.1) und das Kühlmediumführungselement zumindest abschnittweise umgebend angeordnet ist.
Elektrische Maschine (10) gemäß wenigstens einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass sich das Kühlmediumführungselement zumindest abschnittsweise durch eine Einströmöffnung des mediumdurchlassenden Flansches (60) erstreckt.
Elektrische Maschine (10) gemäß wenigstens einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass ein sich innerhalb des Rotorwellenhohlraumes (160) erstreckender Durchmesser des Kühlmediumführungselementes zumindest abschnittsweise größer ist als ein Durchmesser einer Einströmöffnung des mediumdurchlassenden Flansches (120).
Verfahren zur Bearbeitung der Rotorwelle (11.1) der elektrischen Maschine (10) gemäß einem der vorangegangenen Ansprüche, aufweisend wenigstens die folgenden Schritte: – Positionieren der Rotorwelle (11.1) mittels zweier Zentrierelemente (240), welche an jeweils einem der Flansche (60, 120) angeordnet werden, – Positionieren der Kühlmediumführungselementes mittels eines Zentrierhilfskörpers (241), welcher zumindest abschnittsweise innerhalb des Rotorwellenhohlraumes (160) an einem ersten distalen Ende des Kühlmediumführungselementes angeordnet wird, und mittels einer Transportsicherung (270), welche an einem zweiten distalen Ende des Kühlmediumführungselementes angeordnet wird, und – Bearbeiten der Rotorwelle (11.1), insbesondere wenigstens schleifen, drehen oder auswuchten der Rotorwelle (11.1).