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Die Erfindung betrifft eine Kühlmantelanordnung zur Aufnahme eines Elektromotors mit einem Innenmantelabschnitt und mit einem Außenmantelabschnitt, wobei der Außenmantelabschnitt Anlagebereiche und Führungsbereiche aufweist, wobei die Anlagebereiche an dem Innenmantelabschnitt anliegen und wobei die Führungsbereiche von dem Innenmantelabschnitt beabstandet sind, so dass zwischen dem Innenmantelabschnitt und dem Außenmantelabschnitt eine Fluidführungsstruktur zur Führung eines Fluids ausgebildet ist, wobei die Führungsbereiche und/oder die Anlagebereiche als Umformbereiche in dem Außenmantelabschnitt ausgebildet sind. Die Erfindung betrifft ferner einen elektrischen Antrieb für ein Fahrzeug mit dieser Kühlmantelanordnung sowie ein Verfahren zur Fertigung der Kühlmantelanordnung und/oder des elektrischen Antriebs.
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In Fahrzeugen werden vermehrt Elektromotoren zur Erzeugung eines Antriebsdrehmoments eingesetzt. Neben dem Antriebsdrehmoment wird von diesen Elektromotoren durch Verlustleistung Abwärme erzeugt, sodass die Elektromotoren im Betrieb in der Temperatur steigen. Eine erhöhte Betriebstemperatur führt jedoch oftmals zu einem verschlechterten Wirkungsgrad der Elektromotoren. Aus diesem Grund ist es – insbesondere, wenn die Elektromotoren als Traktionsmotoren eingesetzt werden – verbreitet, die Elektromotoren aktiv zu kühlen. Es ist insbesondere bekannt, Elektromotoren mittels einer Kühlflüssigkeit zu kühlen, welche durch ein Gehäuse der Elektromotoren durchgeführt wird.
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In diesem Zusammenhang offenbart die Druckschrift
DE 10 2007 055 910 A1 , die wohl den nächstkommenden Stand der Technik bildet, einen Kühlmantel, insbesondere für elektrische Maschinen sowie ein Herstellungsverfahren. Der Kühlmantel ist doppelwandig ausgebildet, wobei der Außenmantel Erhebungen aufweist, sodass zwischen dem Außenmantel und einem Innenmantel Durchgänge für eine Kühlflüssigkeit verbleiben. Bei der Herstellung des Außenmantels wird dieser als flaches Blech an mehreren Schweißstellen mit dem Innenmantel stoffschlüssig verbunden und umlaufend durch eine Schweißnaht mit dem Innenmantel druckdicht gefügt. Nachfolgend wird Druckluft in den Zwischenbereich zwischen dem Außenmantel und dem Innenmantel eingeblasen, wobei durch die Druckluft der Außenmantel „aufgeblasen“ wird und die Erhebungen gebildet werden.
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Es ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine alternative Ausgestaltung für eine Kühlmantelanordnung zur Aufnahme eines Elektromotors vorzuschlagen.
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Diese Aufgabe wird durch eine Kühlmantelanordnung mit den Merkmalen des Anspruchs 1, durch einen elektrischen Antrieb mit dieser Kühlmantelanordnung mit den Merkmalen des Anspruchs 9 und durch ein Verfahren zur Fertigung der Kühlmantelanordnung beziehungsweise des elektrischen Antriebs mit den Merkmalen des Anspruchs 10 gelöst. Bevorzugte oder vorteilhafte Ausführungsformen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen, der nachfolgenden Beschreibung sowie den beigefügten Figuren.
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Den Gegenstand der Erfindung ist eine Kühlmantelanordnung zur Aufnahme eines Elektromotors. Insbesondere bildet die Kühlmantelanordnung eine aktive Kühlung für den Elektromotor. Besonders bevorzugt bildet der Elektromotor mit der Kühlmantelanordnung einen elektrischen Antrieb, welcher für ein Fahrzeug geeignet und/oder ausgebildet ist. Das Fahrzeug ist insbesondere als Personenkraftwagen, Lkw oder Bus, etc. ausgebildet. Insbesondere ist der elektrische Antrieb als ein Traktionsmotor zur Erzeugung eines Hauptantriebsdrehmoments für das Fahrzeug ausgebildet oder als ein Hilfsmotor zur Erzeugung eines Hilfsantriebsdrehmoments für das Fahrzeug, wie zum Beispiel für ein Torque-Vectoring. Der Elektromotor weist besonders bevorzugt eine Leistung größer als 5 Kilowatt, insbesondere größer als 10 Kilowatt, auf.
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Die Kühlmantelanordnung weist einen Innenmantelabschnitt auf, welcher besonders bevorzugt hohlzylinderförmig ausgebildet ist. Insbesondere ist der Innenmantelabschnitt koaxial und/oder konzentrisch zu einer Hauptachse der Kühlmantelanordnung und/oder des Elektromotors und/oder des elektrischen Antriebs angeordnet. Radial innenseitig weist der Innenmantelabschnitt bevorzugt eine gerade zylinderförmige Innenfläche auf, welche zur Anlage an den Elektromotor, im Speziellen an einen Stator des Elektromotors, ausgebildet ist. Optional kann zwischen dem Elektromotor, insbesondere dem Stator des Elektromotors, und dem Innenmantelabschnitt eine wärmeleitende Masse, wie zum Beispiel eine Wärmeleitpaste oder ein wärmeleitender Kunststoff mit wärmeleitenden Additiven angeordnet sein, um den thermischen Übergang zwischen dem Elektromotor und der Kühlmantelanordnung zu verbessern. Vorzugsweise ist der Innenmantelabschnitt aus einem metallischen Werkstoff gefertigt.
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Die Kühlmantelanordnung weist einen Außenmantelabschnitt auf, wobei der Außenmantelabschnitt bevorzugt hülsenförmig und/oder in der Grobform hohlzylinderförmig ausgebildet ist. Der Innenmantelabschnitt und der Außenmantelabschnitt sind vorzugsweise koaxial und/oder konzentrisch zueinander und/oder zu der Hauptachse angeordnet. Vorzugsweise ist der Außenmantelabschnitt aus einem metallischen Werkstoff gefertigt. Es ist bevorzugt vorgesehen, dass der metallische Werkstoff des Innenmantelabschnitts und des Außenmantelabschnitts gleich ausgebildet ist oder zumindest ein ähnliches elektrisches Normalpotential aufweist.
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Der Außenmantelabschnitt weist Anlagebereiche und Führungsbereiche auf, welche zum Beispiel abwechselnd und/oder in einem regelmäßigen oder unregelmäßigen Muster angeordnet sind. Die Anlagebereiche können voneinander durch Führungsbereiche getrennt sein, alternativ hierzu sind die Anlagebereiche durchgängig ausgebildet. Alternativ oder ergänzend können die Führungsbereiche durch die Anlagebereiche voneinander getrennt sein, alternativ sind die Führungsbereiche in ihrer Gesamtheit durchgängig ausgebildet.
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Die Anlagebereiche liegen an dem Innenmantelabschnitt vorzugsweise körperlich kontaktierend an. Die Führungsbereiche sind dagegen von dem Innenmantelabschnitt beabstandet. Durch die Beabstandung wird zwischen dem Innenmantelabschnitt und dem Außenmantelabschnitt eine Fluidführungsstruktur zur Führung eines Fluids zur Kühlung der Kühlmantelanordnung ausgebildet.
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Besonders bevorzugt ist der Innenmantelabschnitt und/oder der Außenmantelabschnitt konzentrisch zu der Hauptachse ausgebildet. Die Anlagebereiche haben insbesondere den gleichen radialen Abstand zur Hauptdrehachse wie die Außenfläche des Innenmantelabschnitts. Die Führungsbereiche haben dagegen einen größeren radialen Abstand als die Anlagebereiche.
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In einer allgemeinen Ausprägung der Erfindung kann die Fluidführungsstruktur eine beliebige Struktur, so zum Beispiel als eine Netzstruktur, Kanalstruktur, etc. ausgebildet sein. Bei dem Fluid handelt es sich insbesondere um eine Flüssigkeit. Insbesondere handelt es sich um eine Kühlflüssigkeit wie Wasser oder Kühlmittel.
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Die Führungsbereiche und/oder die Anlagebereiche sind als Umformbereiche in dem Außenmantelabschnitt ausgebildet. Der Außenmantelabschnitt kann zum Beispiel ausgehend von einem ebenen Blech als Halbzeug gefertigt sein, wobei die Führungsbereiche und/oder die Anlagebereiche umformend eingebracht sind. Nachfolgend ist das ebene Blech zu einem Rohr gefügt worden. Alternativ hierzu ist das Halbzeug des Außenmantelabschnitts bereits rohrförmig oder als Rohr, insbesondere in Zylinderform ausgebildet. Es kann vorgesehen sein, dass die Führungsbereiche als Umformbereiche ausgebildet sind und die Anlagebereiche als ursprüngliche Bereiche in dem Halbzeug realisiert sind. Alternativ hierzu sind die Anlagebereiche als Umformbereiche ausgebildet und die Führungsbereiche als ursprüngliche Bereiche realisiert. Es ist jedoch auch möglich, dass sowohl die Führungsbereiche als auch die Anlagebereiche als Umformbereiche ausgebildet sind, welche aus der ursprünglichen Ebene beziehungsweise aus der ursprünglichen Zylinderform des Halbzeugs verschoben sind.
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Im Rahmen der Erfindung und in Abgrenzung zu dem Stand der Technik wird vorgeschlagen, dass die Umformbereiche über ein Werkzeug in den Außenmantelabschnitt eingebracht sind. Insbesondere ist das Werkzeug als ein formdefinierendes und/oder konturbildendes Werkzeug ausgebildet. Im Speziellen weist das Werkzeug harte Werkzeugbereiche auf, welche die Umformung bewirken. Das Werkzeug ist insbesondere als ein mehrfach verwendbares Werkzeug ausgebildet.
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Durch das Einbringen der Umformbereiche in den Außenmantelabschnitt durch das Werkzeug wird erreicht, dass die finale Form des Außenmantelabschnitts mit vergleichsweise geringen Toleranzen im Gegensatz zum Stand der Technik realisierbar ist. Während bei der im Stand der Technik zitierten Druckschrift
DE 10 2007 055 910 A1 ausgenutzt wurde, dass ausgehend von flachen Blechen als Halbzeug die Verbindung zwischen den flachen Blechen in einfacher Weise realisiert werden kann und die Erhebungen durch Druckluft als Wirkmedium gefertigt wurden, geht die Erfindung davon aus, dass es für ein toleranzarmes und in hoher und reproduzierbarer Qualität herstellbares Endprodukt besser ist, den Außenmantelabschnitt mit einem Werkzeug umzuformen und erst nachfolgend mit dem Innenmantelabschnitt zu verbinden, insbesondere zu fügen. Dadurch, dass der Außenmantelabschnitt aufgrund des Fertigungsverfahrens vergleichsweise kleine Toleranzen aufweist, kann auch die Verbindung zwischen dem Außenmantelabschnitt und dem Innenmantelabschnitt, insbesondere durch Schweißen, prozesssicher umgesetzt werden. Dadurch wird bei überschaubaren Produktionskosten eine Kühlmantelanordnung geschaffen, die den Erwartungen eines qualitativ hochwertigen Produktes entspricht. Insbesondere kann die Kühlmantelanordnung ohne Verblendung – wenn dies gewünscht ist – eingesetzt werden, da die Außenseite des Außenmantelabschnitts durch das Fertigungsverfahren einen ästhetisches Aussehen aufweist.
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Bei einer bevorzugten Realisierung der Erfindung ist das Werkzeug als ein Rollierwerkzeug oder als ein Tiefziehwerkzeug ausgebildet. Das Rollierwerkzeug ist als eine Rolle, insbesondere als eine profilierte Rolle ausgebildet, wobei die Rolle zum Einbringen der Umformbereiche verwendet ist. Das Tiefziehwerkzeug ist insbesondere ausgebildet, dass Blech beim Umformvorgang zu ziehen. Vorzugsweise wird ein Stempel zum Einbringen der Umformbereiche als Werkzeug verwendet.
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Bei einer bevorzugten Weiterbildung der Erfindung sind der Außenmantelabschnitt und der Innenmantelabschnitt miteinander in den Anlagebereichen oder zumindest in einem Teil der Anlagebereiche stoffschlüssig miteinander verbunden. Durch das stoffschlüssige Verbinden wird erreicht, dass die Anlagebereiche in der Fluidführungsstruktur Barrieren für das Fluid bilden. Damit kann das Fluid gezielt in der Fluidführungsstruktur geführt werden. Zugleich wird die mechanische Verbindung zwischen dem Innenmantelabschnitt und dem Außenmantelabschnitt umgesetzt.
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Es ist besonders bevorzugt, dass die Fluidführungsstruktur als eine Zeilenstruktur ausgebildet ist, wobei sich die Zeilen in axialer Richtung zu der Hauptachse erstrecken, wobei die Zeilen der Zeilenstruktur parallel zueinander angeordnet sind. Vorzugsweise werden die Zeilen der Zeilenstruktur nacheinander durchflossen, sodass sich ein zickzackförmiges Fließmuster für das Fluid ergibt. Insbesondere ist vorgesehen, dass das Fluid in einer Zeile in eine axiale Richtung fließt, in einem Endbereich um 180 Grad umgelenkt wird und in der nachfolgenden Zeile in die axiale Gegenrichtung fließt. Vorzugsweise erfolgt dieser Zeilenwechsel wiederholt von einem Einlass zu einem Auslass für das Fluid.
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Es kann vorgesehen sein, dass zwischen dem Einlass eine, insbesondere genau eine Kühlschlange in der Zeilenstruktur vorgesehen ist. Somit fließt das Fluid von dem Einlass unverzweigt zu dem Auslass. Es ist jedoch mehr bevorzugt, wenn zwei, insbesondere genau zwei Kühlschlangen in der Zeilenstruktur vorgesehen sind, so dass das Fluid auf zwei unterschiedlichen Wegen von dem Einlass zu dem Auslass fließt.
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In dieser bevorzugten Ausgestaltung ist vorzugsweise vorgesehen, dass die Anlagebereiche als sich in axialer Richtung erstreckende Vertiefungen vorgesehen sind. Vorzugsweise sind die Anlagebereiche in axialer Richtung nicht durchgängig, sondern nur abschnittsweise vorgesehen. Insbesondere erstrecken sich die Anlagebereiche von einer axialen Seite des Außenmantelabschnitts nicht vollständig zu der anderen Seite des Außenmantelabschnitts, so dass sich axial endseitig an den Anlagebereich ein Führungsbereich anschließt, so dass das Fluid um den Anlagebereich herumgeführt werden kann. Insbesondere bildet der Führungsbereich einen Umlenkbereich in der Fluidführungsstruktur. Es ist besonders bevorzugt, dass sich die Anlagebereiche in Umlaufrichtung abwechselnd von einer axialen Endseite des Außenmantelabschnitts so weit in axialer Richtung erstrecken, dass diese die andere axiale Seite nicht vollständig erreichen. Bevorzugt sind die Anlagebereiche als die Umformbereiche und die Führungsbereiche als die ursprünglichen Bereiche ausgebildet.
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Es ist besonders bevorzugt, dass die Kühlmantelanordnung mindestens eine axiale Abschlussplatte aufweist, wobei die Abschlussplatte mit dem Innenmantelabschnitt und mit dem Außenmantelabschnitt stoffschlüssig verbunden ist. Insbesondere sind diese miteinander verschweißt. In Abhängigkeit der Position in Umlaufrichtung liegen der Außenmantelabschnitt und der Innenmantelabschnitt unmittelbar kontaktierend übereinander, wobei in diesen Bereichen ein Anlagebereich ausgebildet ist. Weitergehend in Umlaufrichtung sin der Außenmantelabschnitt und der Innenmantelabschnitt voneinander beabstandet, wobei in diesen Bereichen ein Führungsbereich ausgebildet ist. In diesen Bereichen sind der Außenmantelabschnitt und der Innenmantelabschnitt jeweils beide mit der axialen Abschlussplatte stoffschlüssig verbunden, sodass die Abschlussplatte eine Begrenzungswand für den Innenraum der Fluidführungsstruktur bildet.
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Bei einer bevorzugten Weiterbildung der Erfindung wird der Elektromotor in die Kühlmantelanordnung eingesetzt und nachfolgend eine zweite axiale Abschlussplatte gegenüberliegend zu der ersten axialen Abschlussplatte aufgesetzt und mit dem Außenmantelabschnitt und dem Innenmantelabschnitt stoffschlüssig verbunden, insbesondere verschweißt, und zwar in der gleichen Weise, wie dies zuvor mit der anderen Abschlussplatte beschrieben wurde. Damit ist die Fluidführungsstruktur axial beidseitig abgedichtet. Die Fertigung wird durch diese Maßnahme günstiger gemacht, eine Reparatur des Elektromotors durch Ausbau des Elektromotors ist jedoch nahezu nicht mehr möglich.
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Bei einer bevorzugten Weiterbildung der Erfindung ist mindestens eine der Abschlussplatten, vorzugsweise beide Abschlussplatten, als Lagerschilde ausgebildet. Insbesondere tragen die Abschlussplatten jeweils eine Lagereinrichtung, vorzugsweise eine Wälzlagereinrichtung, um einen Rotor des Elektromotors in radialer Richtung abzustützen und/oder zu lagern. Beispielsweise weist eine oder beide der Abschlussplatten einen axial nach innen gerichteten Stutzenabschnitt auf, auf den radial außenseitig eine entsprechende Lagereinrichtung aufgesetzt ist.
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Bei einer bevorzugten Weiterbildung der Erfindung weist eine der Abschlussplatten einen Einlass und/oder einen Auslass für das Fluid auf. Nachdem in der bevorzugten Ausführungsform die Abschlussplatte einen Begrenzungswand für den Innenraum der Fluidführungsstruktur bildet, kann an dieser Position der Einlass und/oder Auslass in einfacher Weise positioniert werden, zum Beispiel ist in der Abschlussplatte eine Öffnung als Einlass oder als Auslass vorgesehen.
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Alternativ oder ergänzend ist es bevorzugt, dass die andere Abschlussplatte einen Befestigungsflansch mit Befestigungsorganen, wie zum Beispiel Durchgangslöchern aufweist, wobei die Befestigungsorgane zur Befestigung der Kühlmantelanordnung beziehungsweise des elektrischen Antriebs an einer Stützkonstruktion ausgebildet sind. Beispielsweise werden Schrauben durch die Aufnahmeöffnungen der Abschlussplatten zur Befestigung der Kühlmantelanordnung und somit zur Befestigung des Elektromotors beziehungsweise des elektrischen Antriebs durchgeführt.
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Es ist besonders bevorzugt, dass der Einlass und der Auslass um 180 Grad um die Hauptachse der Kühlmantelanordnung versetzt zueinander angeordnet sind. Es ist zudem besonders bevorzugt, wenn die Fluidführungsstruktur die zwei Kühlschlangen aufweist. In dieser Ausgestaltung können zwei Eingangszeilen der Zeilenstruktur benachbart zueinander angeordnet sind und von dem Fluid zunächst in gleicher axialer Richtung durchströmt werden, sodass zwei Wege von dem Einlass zum Auslass gebildet werden, welche jeweils gleich lang sind. Dadurch werden eine linke und eine rechte Hälfte der Kühlmantelanordnung in gleicher Weise gekühlt.
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Ein weiterer Gegenstand der Erfindung betrifft einen elektrischen Antrieb für ein Fahrzeug mit dem Elektromotor, wobei der elektrische Antrieb die Kühlmantelanordnung aufweist, wie diese zuvor beschrieben wurde beziehungsweise nach einem der vorhergehenden Ansprüche. Der Elektromotor ist in der Kühlmantelanordnung angeordnet.
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Ein weiterer Gegenstand der Erfindung betrifft ein Verfahren zur Fertigung der Kühlmantelanordnung beziehungsweise des elektrischen Antriebs, wie diese zuvor beschrieben wurden beziehungsweise nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der Außenmantelabschnitt mittels des Werkzeugs umgeformt wird und nachfolgend mit dem Innenmantelabschnitt verbunden, insbesondere gefügt, wird.
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In einem nachfolgenden Bearbeitungsschritt wird der Elektromotor in den Innenmantelabschnitt eingeführt und die zweite Abschlussplatte mit dem Innenmantelabschnitt und dem Außenmantelabschnitt stoffschlüssig verbunden, sodass der Elektromotor in der Kühlmantelanordnung gefangen ist.
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Weitere Merkmale, Vorteile und Wirkungen der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung eines bevorzugten Ausführungsbeispiels der Erfindung sowie der beigefügten Figuren. Dabei zeigen:
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1 einen schematischen Längsschnitt entlang einer Linie A-A (2) durch einen elektrischen Antrieb mit einer Kühlmantelanordnung als ein Ausführungsbeispiel der Erfindung;
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2 einen schematischen Querschnitt entlang der Linie B-B (1) des elektrischen Antriebs in der 1;
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3 eine schematische dreidimensionale Darstellung des elektrischen Antriebs der vorhergehenden Figuren;
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4 einen Außenmantelabschnitt für den elektrischen Antrieb der vorhergehenden Figuren in einer schematischen dreidimensionalen Darstellung.
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Die 1 zeigt in einem schematischen Längsschnitt entlang einer Hauptachse H einen elektrischen Antrieb 1 als ein Ausführungsbeispiel der Erfindung. Der elektrische Antrieb 1 ist für ein Fahrzeug, zum Beispiel als Traktionsmotor oder als ein Torque-Vectoring-Motor, ausgebildet. Als Traktionsmotor dient der elektrische Antrieb dazu, das Fahrzeug auf eine Fahrgeschwindigkeit zu beschleunigen. Der elektrische Antrieb 1 ist in der Grobform als ein gerader Zylinder ausgebildet.
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Der elektrische Antrieb 1 weist eine Kühlmantelanordnung 2 auf, in der ein Elektromotor 3 angeordnet ist. Der Elektromotor 3 beziehungsweise die Kühlmantelanordnung 2 ist koaxial zu der Hauptachse H ausgerichtet.
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Die Kühlmantelanordnung 2 bildet zugleich ein Gehäuse für den Elektromotor 3 und weist zwei axiale Abschlussplatten 4a, b auf, welche als Lagerschilde ausgebildet sind und welche Lagereinrichtungen 5a, b, in diesem Beispiel Kugellagereinrichtungen zur Lagerung des Elektromotors 3 tragen. Die Abschlussplatten 4a, b sind in einer Radialebene senkrecht zu der Hauptachse H ausgerichtet.
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Der Elektromotor 3 weist einen Rotor 6 und einen Stator 7 auf. Der Rotor 6 sitzt auf einer Rotorwelle 8, welche einen Steckachsenabschnitt 9 mit einer axial verlaufenden Verzahnung zur mechanischen Kopplung mit einer weiteren Welle aufweist. Die Rotorwelle 8 ist über die Lagereinrichtungen 5a, b relativ zu den Abschlussplatten 4a, b gelagert. Der Stator 7 ist in der Kühlmantelanordnung 2 dagegen stationär angeordnet.
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Die Kühlmantelanordnung 2 weist einen Kühlmantel 10 auf, welcher koaxial zu der Hauptachse H ausgerichtet ist und eine hohlzylindrische Form aufweist. Der Kühlmantel 10 ist zweilagig in radialer Richtung zu der Hauptachse H ausgebildet. Eine radial innere Lage wird durch einen Innenmantelabschnitt 11, eine radial außenliegende Lage wird durch einen Außenmantelabschnitt 12 gebildet. Der Innenmantelabschnitt 11 und der Außenmantelabschnitt 12 sind koaxial und/oder konzentrisch zueinander und/oder zu der Hauptachse H angeordnet. Der Innenmantelabschnitt 11 ist als ein gerades Rohrstück oder als ein gerader Hohlzylinder ausgebildet. An dessen radialen Innenseite liegt der Stator 7 kontaktierend und damit sehr gut wärmeleitend an. Der Innenmantelabschnitt 11 kann beispielsweise aus einem metallischen Halbzeug gebildet und mittels Tiefziehen hergestellt sein.
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Der Außenmantelabschnitt 12 ist zwar in der Grobform hülsenförmig ausgebildet, in der Detailform, weist dieser jedoch Umformbereiche 13 auf, welche dazu führen, dass zwischen dem Innenmantelabschnitt 11 und dem Außenmantelabschnitt 12 eine Fluidführungsstruktur 14, welche Kühlkanäle für ein Fluid aufweist, ausgebildet ist. Insbesondere bildet der Innenmantelabschnitt 11 für die Kühlkanäle oder Kühlkanalabschnitte eine Kühlkanalinnenhälfte und der Außenmantelabschnitt 12 eine Kühlkanalaußenhälfte.
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Die 4 zeigt den Außenmantelabschnitt 12 in einer schematischen dreidimensionalen Darstellung. Es ist zu erkennen, dass der Außenmantelabschnitt 12 in der Grobform eine Hülsenform oder die Form eines geraden Hohlzylinders aufweist, wobei die Umformbereiche 13 Vertiefungen und/oder Erhöhungen bilden. Der Außenmantelabschnitt 12 weist Anlagebereiche 15 und Führungsbereiche 16 auf. Die Anlagebereiche 15 sind als axial verlaufende Vertiefungen in dem Außenmantelabschnitt 12 ausgebildet. Die Führungsbereiche 16 sind relativ dazu als Erhebungen ausgebildet. Im Querschnitt betrachtet sind die Anlagebereiche 15 als Nuten realisiert, welche sich in axialer Richtung erstrecken. Die Anlagebereiche 15 erstrecken sich stets beginnend von einer axialen Seite des Außenmantelabschnitts 12 bis zu einem Umlenkbereich 17, welcher durch einen Abschnitt des Führungsbereichs 16 gebildet wird. Damit sind durch die Anlagebereiche 15 gebildeten Nuten auf der einen axialen Seite randseitig geöffnet und auf der anderen axialen Seite randseitig geschlossen. Die Anlagebereiche 15 beginnen in Umlaufrichtung betrachtet abwechselnd auf der einen axialen Seite oder auf der anderen axialen Seite. Anders ausgedrückt bilden die Anlagebereiche 15, die bei einer axialen Seite beginnen, einen ersten Kamm und die Anlagebereiche, die bei der anderen axialen Seite beginnen, einen zweiten Kamm, wobei der erste und der zweite Kamm ineinandergreifen.
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Die Führungsbereiche 16 verlaufen mäanderförmig oder zeilenförmig und gehen über die Umlenkbereiche 17 ineinander über. Insbesondere sind die Führungsbereiche 16 zusammenhängend ausgebildet und die Anlagebereiche 15 als Inseln voneinander durch die Führungsbereiche 16 separiert voneinander ausgebildet. Es kann vorgesehen sein, dass die Anlagebereiche 15 oder die Führungsbereiche 16 oder die Anlagebereiche 15 und die Führungsbereiche 16 als die Umformbereiche 13 ausgebildet sind. Die Anlagebereiche 15 liegen in dem zusammengebauten Zustand kontaktierend auf der radialen Außenseite des Innenmantelabschnitts 11 auf, sodass sich die Fluidführungsstruktur 14 ausgebildet als eine Zeilenstruktur ergibt.
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Die 2 zeigt einen schematischen Querschnitt senkrecht zu der Hauptachse H, wobei zu erkennen ist, dass der Kühlmantel 10 den rohrförmigen Innenmantelabschnitt 11 aufweist, auf dem die Anlagebereiche 15 des Außenmantelabschnitts 12 kontaktierend aufliegen und stoffschlüssig verbunden sind. Dadurch ergeben sich in den Führungsbereichen 16 axial verlaufende Kühlkanäle, die die Fluidführungsstruktur 14 bilden.
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Allerdings wären bei einer Verbindung von dem Innenmantelabschnitt 11 und dem Außenmantelabschnitt 12 die axialen Seiten der Fluidführungsstruktur 14 geöffnet. Diese werden jedoch – wie es sich beispielsweise wieder aus der 1 ergibt – durch die Abschlussplatten 4a, b abgeschlossen. Beispielsweise zeigt die 1 in einem Einlassbereich 18 einen Umlenkbereich 17, wobei zu erkennen ist, dass die Abschlussplatte 4b einen axialen Abschluss bildet und dadurch die Fluidführungsstruktur 14 dichtend abschließt.
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Die 3 zeigt eine schematische dreidimensionale Darstellung des elektrischen Antriebs 1 in der 1, wobei zu erkennen ist, dass die randseitig geöffneten Umlenkbereiche 17 durch die Abschlussplatte 4a beziehungsweise 4b abgedichtet sind. Beispielsweise sind der Innenmantelabschnitt 11, der Außenmantelabschnitt 12 mit den Abschlussplatten 4a, b stoffschlüssig und damit dichtend, zum Beispiel durch Schweißen, verbunden. Die Abschlussplatten 4a, b bilden damit Wandungen der Fluidführungsstruktur 14, die mit dem Fluid in Kontakt kommen.
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Ferner ist in der 3 zu erkennen, dass der elektrische Antrieb 1 einen Einlass 19 und einen Auslass 20 aufweist, wobei Einlass 19 und Auslass 20 um 180 Grad in Umlaufrichtung um die Hauptachse H zueinander versetzt angeordnet sind. Der Einlass 19 ist strömungstechnisch durch eine Öffnung in der Abschlussplatte 4a mit dem angrenzenden Umlenkbereich 17 verbunden. Dieser verteilt das einströmende Fluid auf zwei parallel zueinander angeordnete Eingangszeilen 26 der Fluidführungsstruktur 14. Damit läuft das Fluid bei den Eingangszeilen 26 parallel zueinander. Im weiteren Verlauf wird das Fluid durch einen Umlenkbereich 17 um 180 Grad in der Fließrichtung umgelenkt, fließt in axialer Gegenrichtung zurück, wird im nächsten Umlenkbereich 17 wieder umgelenkt, etc. Somit werden zwei Kühlschlangen 21a und 21b gebildet, wobei die eine Kühlschlange 21a ausgehend von dem Einlass 19 sich gegen den Uhrzeigersinn und die andere Kühlschlange 21b mit dem Uhrzeigersinn erstreckt. Die beiden Kühlschlangen 21a, b treffen sich auf der gegenüberliegenden Seite, sodass das Fluid aus dem Auslass 20 ausgeleitet werden kann.
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Betrachtet man die Abschlussplatten 4a, b in der 1, ist zu erkennen, dass diese mehrere Schultern aufweisen und schließlich jeweils in einen Stutzenabschnitt 22a, b übergehen, auf dem die Lagereinrichtungen 5a, b angeordnet sind. Der Einlass 19 und der Auslass 20 sind in der Abschlussplatte 4a angeordnet. Dagegen weist die Abschlussplatte 4b einen zusätzlichen Flansch 23 auf, in dem Durchgangsöffnungen 24 zur Durchführung von Schrauben 25 angeordnet sind, um eine mechanische Schnittstelle zu bilden.
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Die Umformbereiche 13 sind in den Außenmantelabschnitt 12 mittels Spanlostechnologie vor dem Fügen mit dem Innenmantelabschnitt 11 eingebracht worden. Insbesondere wurden die Umformbereiche 13 mittels eines Werkzeuges, insbesondere eines formgebenden oder konturgebendes Werkzeuges, in den Außenmantelabschnitt 12 eingebracht. Beispielsweise ist das Werkzeug als ein Rollierwerkzeug ausgebildet, wobei die Anlagebereiche 15 durch eine Bearbeitung in axialer Richtung in den Außenmantelabschnitt 12 eingebracht werden. Alternativ hierzu werden die Umformbereiche 13 durch Tiefziehen mittels des Werkzeugs eingebracht.
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Nach dem Umformvorgang wird der elektrische Antrieb 1 montiert und gefügt. Es ist darauf hinzuweisen, dass beide Abschlussplatten 4a, b mittels stoffschlüssigen Fügens mit dem Innenmantelabschnitt 11 und dem Außenmantelabschnitt 12 verbunden sind, sodass vor dem letzten Fügevorgang der Elektromotor 3 und die Rotorwelle 8 bereits eingebaut sein müssen. Die Materialien des Innenmantelabschnitts 11 und des Außenmantelabschnitts 12 sowie der Abschlussplatten 4a, b sind metallische Werkstoffe. Die Normalpotenziale sind ähnlich oder gleich gewählt, so dass eine Korrosion vermieden wird. Ferner haben die Materialien einen ähnlichen oder identischen Wärmeausdehnungskoeffizienten, um Spannungen aufgrund von Temperaturänderungen zu vermeiden oder zumindest zu vermindern.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- elektrischer Antrieb
- 2
- Kühlmantelanordnung
- 3
- Elektromotor
- 4a, b
- Abschlussplatten
- 5a, b
- Lagereinrichtungen
- 6
- Rotor
- 7
- Stator
- 8
- Rotorwelle
- 9
- Steckachsenabschnitt
- 10
- Kühlmantel
- 11
- Innenmantelabschnitt
- 12
- Außenmantelabschnitt
- 13
- Umformbereiche
- 14
- Fluidführungsstruktur
- 15
- Anlagebereiche
- 16
- Führungsbereiche
- 17
- Umlenkbereich
- 18
- Einlassbereich
- 19
- Einlass
- 20
- Auslass
- 21a, b
- Kühlschlangen
- 22a, b
- Stutzenabschnitte
- 23
- Flansch
- 24
- Durchgangsöffnungen
- 25
- Schrauben
- 26
- Eingangszeilen
- H
- Hauptachse
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 102007055910 A1 [0003, 0015]
