DE102015207010A1

DE102015207010A1 - Fluidgekühltes Gehäuse für eine elektrische Maschine sowie elektrische Maschine

Info

Publication number: DE102015207010A1
Application number: DE102015207010.7A
Authority: DE
Inventors: Stephan Geise
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 2015-04-17
Filing date: 2015-04-17
Publication date: 2016-10-20
Also published as: WO2016165865A1

Abstract

Es wird ein Gehäuse (10) für eine elektrische Maschine sowie eine elektrische Maschine mit einem derartigen Gehäuse (10) vorgeschlagen. Das Gehäuse(10) weist ein topfförmiges Gehäuseinnenteil (12), ein topfförmiges Gehäuseaußenteil (14), welches mit Kunststoff gefertigt ist und welches das Gehäuseinnenteil (12) zumindest teilweise umschließt, und ein Dichtelement (28) auf, wobei zwischen dem Gehäuseaußenteil (14) und dem Gehäuseinnenteil (12) wenigstens ein Kühlkanal (18) ausgebildet ist, und wobei das Gehäuseinnenteil (12) an einer Stirnfläche (22) eine Auskragung (26) aufweist. Das Dichtelement (28) umläuft die Auskragung (26) ringförmig und ist zwischen dem Gehäuseinnenteil (12) und dem Gehäuseaußenteil (14) aufgenommen. Das Gehäuse (10) zeichnet sich insbesondere dadurch aus, dass das Dichtelement (28) einen Ankerbereich (30) aufweist, welcher zur Verankerung des Dichtelements (28) in dem Gehäuseaußenteil (14) vollständig von dem Kunststoff des Gehäuseaußenteils (14) umspritzt ist. Dadurch können Leckagen etwa bei temperaturbedingter Ausdehnung des Gehäuses (10) vermieden werden.

Description

Gebiet der Erfindung
Die Erfindung betrifft ein mehrkomponentig aufgebautes, leckagefreies Gehäuse mit Fluidkühlung für eine elektrische Maschine sowie eine elektrische Maschine mit einem derartigen Gehäuse.
Stand der Technik
In aktuellen Kraftfahrzeugen mit elektrischen Antriebseinheiten werden elektrische Maschinen häufig mit einem Metallgussgehäuse und/oder einer Kombination von Metallgussgehäuse und Kunststoffbauteilen unterhalb des Fahrzeugs freiliegend verbaut. Das Gehäuse der elektrischen Maschine kann dabei die Antriebseinheit verbinden, die elektrische Maschine vor äußeren Einflüssen schützen und die elektrische Maschine über das Metallgussgehäuse abschirmen, um eine elektromagnetische Verträglichkeit der Antriebseinheit zu steigern.
Ferner ist in dem Gehäuse häufig wenigstens ein Kühlkanal zur Fluidkühlung der elektrischen Maschinen ausgebildet. Wenn das Gehäuse mit dem Kühlkanal in einem Gussprozess hergestellt ist, z.B. mit verlorenen Kernen, ist in der Regel kein Dichtungssystem zum Abdichten des Kühlkanals erforderlich. Wird der Kühlkanal dagegen aus mehreren Bauteilen ausgebildet, so sind in die Gehäuse meist Dichtungselemente, beispielsweise in Dichtungsnuten, im Gehäuse verbaut. Die Dichtungsnuten werden dabei häufig durch ein zusätzliches Einlegeteil und/oder eine mechanische Zerspanung in das Gehäuse eingebracht. Ein Ausbilden der Dichtungsnuten etwa während eines Spritzgießprozesses zum Herstellen der Kunststoffbauteile des Gehäuses ist in der Regel nicht möglich, da die Dichtungsnuten meistens radial verlaufen und einen Hinterschnitt erzeugen würden.
Die DE 10 2010 008 584 A1 beschreibt eine Antriebseinheit mit einem doppelwandigen Gehäuse, wobei eine mit Trennstegen bestückte Metallmantelfläche von einem Kunststoffgehäuse umgeben ist, so dass zwischen der Metallmantelfläche und dem Kunststoffgehäuse ein Kühlkanal ausgebildet ist. Die Antriebseinheit weist ferner einen integrierten Dichtabschnitt zum Abdichten des Kühlkanals auf.
Die DE 198 48 246 A1 offenbart ein Thermoplastteil mit einer Elastomerdichtung, welche in eine in dem Thermoplastteil ausgebildete Nut eingespritzt wird.
Offenbarung der Erfindung
Vorteile der Erfindung
Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung können in vorteilhafter Weise ermöglichen, ein fluidgekühltes, leckagefreies und kostengünstig herstellbares Gehäuse für eine elektrische Maschine sowie eine elektrische Maschine mit einem derartigen Gehäuse bereitzustellen.
Gemäß einem Aspekt der Erfindung wird ein Gehäuse für eine elektrische Maschine vorgeschlagen, welches ein topfförmiges Gehäuseinnenteil und ein topfförmiges Gehäuseaußenteil aufweist, welches mit Kunststoff gefertigt ist und welches das Gehäuseinnenteil zumindest teilweise umschließt und/oder ummantelt. Weiter weist das Gehäuse wenigstens ein Dichtelement auf. Zwischen dem Gehäuseaußenteil und dem Gehäuseinnenteil ist wenigstens ein Kühlkanal zur Fluidkühlung der elektrischen Maschine ausgebildet, und das Gehäuseinnenteil weist an einer Stirnfläche des Gehäuseinnenteils eine von der Stirnfläche abragende Auskragung auf. Der Kühlkanal kann insbesondere im Wesentlichen aus Kunststoff ausgebildet sein. Weiter umläuft das Dichtelement die Auskragung ringförmig und ist zwischen dem Gehäuseinnenteil und dem Gehäuseaußenteil aufgenommen. Das erfindungsgemäße Gehäuse zeichnet sich insbesondere dadurch aus, dass das Dichtelement einen Ankerbereich aufweist, welcher zur Verankerung des Dichtelements in dem Gehäuseaußenteil vollständig von dem Kunststoff des Gehäuseaußenteils umspritzt ist, dass das Dichtelement einen ersten Dichtbereich aufweist, welcher zum Abdichten des Kühlkanals dichtend an der Stirnfläche des Gehäuseinnenteils anliegt, und dass das Dichtelement einen zweiten Dichtbereich zum Abdichten der Auskragung des Gehäuseinnenteils gegenüber dem Gehäuseaußenteil aufweist.
Der Ankerbereich des Dichtelements kann während eines Spritzgießprozess zum Herstellen des Gehäuseaußenteils in das Gehäuseaußenteil integriert und/oder zumindest teilweise darin verankert werden, ohne dass ein weiterer Prozessschritt, wie z.B. ein Ausbilden einer Nut in dem Gehäuseaußenteil, nötig wäre. Das Gehäuse kann daher ohne mechanische Nacharbeit nach dem Spritzgießprozess und/oder ohne Verwendung eines zusätzlichen Nut-Einlegeteils, etwa eines O-Ringes als Dichtelement, kostengünstig in wenigen Prozessschritten produziert werden.
Das Gehäuseinnenteil kann etwa aus Metall, z.B. in Form eines Stahltopfes und/oder eines Stahlblechmantels, ausgebildet sein. Das Gehäuseinnenteil kann jedoch grundsätzlich auch aus Kunststoff, einem Verbundwerkstoff und/oder einem anderen geeigneten Material gefertigt sein. Insbesondere wenn das Gehäuseinnenteil aus Metall gefertigt ist, kann sich bei Erwärmen des Gehäuses das mit Kunststoff gefertigte Gehäuseaußenteil mehr ausdehnen als das Gehäuseinnenteil. Das Gehäuseaußenteil kann sich dabei relativ zum Gehäuseinnenteil verschieben, wobei sich das Dichtelement aufgrund der Verankerung im Gehäuseaußenteil mit verschiebt, so dass in vorteilhafter Weise Leckagen vermieden werden können. Mit anderen Worten kann sich das Gehäuseaußenteil bei vom Gehäuseinnenteil unterschiedlicher Ausdehnung, etwa aufgrund von Temperaturerhöhung und/oder Quellung, spannungsfrei und/oder leckagefrei verschieben.
Die an der Stirnfläche des Gehäuseinnenteils ausgebildete Auskragung kann beispielsweise einen abgewinkelt ausgestalteten Bereich des Gehäuseinnenteils und/oder einen von der Stirnfläche abragenden Fortsatz bezeichnen. Die Auskragung kann sich parallel und/oder koaxial zu einer Längsachse des Gehäuses erstrecken und dazu ausgeführt sein, eine Welle der elektrischen Maschine ringförmig zu umschließen und/oder aufzunehmen.
Der Kühlkanal kann sich beispielsweise entlang einer Mantelfläche des Gehäuses in Längserstreckungsrichtung des Gehäuses und/oder entlang der Stirnfläche des Gehäuseinnenteils in radialer Richtung des Gehäuses erstrecken. Der Kühlkanal kann sich jedoch auch beispielsweise spiralförmig um die Mantelfläche des Gehäuses und/oder um das Gehäuseinnenteil sowie zumindest über einen Teilbereich der Stirnfläche des Gehäuseinnenteils erstrecken. Der Kühlkanal kann mäanderförmig ausgebildet sein. Ferner kann das Gehäuse eine Mehrzahl von Kühlkanälen aufweisen, welche untereinander verbunden oder isoliert gegeneinander ausgebildet sein können. Weiter kann der Kühlkanal zumindest in einem Teilbereich ausschließlich aus Kunststoff ausgebildet sein und/oder zumindest in einem Teilbereich in einem Zwischenraum zwischen Gehäuseinnenteil und Gehäuseaußenteil ausgebildet sein, wobei gegebenenfalls auch zwischen dem Gehäuseinnenteil und dem Gehäuseaußenteil angeordnete weitere Bauteile des Gehäuses, beispielsweise Trennstege, zur Ausbildung des Kühlkanals verwendet werden können.
Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung weist der Ankerbereich des Dichtelements einen Absatz auf, wobei zwischen dem Absatz und dem zweiten Dichtbereich ein Hinterschnitt ausgebildet ist, so dass das Dichtelement in dem Gehäuseaußenteil gehalten ist. Durch den Hinterschnitt kann der Ankerbereich und somit das gesamte Dichtelement zuverlässig in dem Gehäuseaußenteil fixiert sein. Der Absatz des Ankerbereichs kann dabei zumindest in einem Teilbereich abgerundet, oval, elliptisch, dreieckig, quaderförmig, kubisch, trapezförmig, polygonartig und/oder beliebig anders ausgestaltet sein.
Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung ist zumindest ein Teilbereich des Absatzes des Ankerbereichs V-förmig ausgestaltet. Insbesondere im Hinblick auf einen Spritzgießprozess zum Herstellen des Gehäuseaußenteils kann die V-Form des Absatzes vorteilhaft sein, da eine derartige Kontur zuverlässig und/oder ohne Lunkerausbildung von Kunststoff umflossen und/oder umspritzt werden kann.
Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung ragt der erste Dichtbereich in Längserstreckungsrichtung des Gehäuses von dem Gehäuseaußenteil ab und ist zum Abdichten des Kühlkanals dichtend zwischen der Stirnfläche des Gehäuseinnenteils und einer der Stirnfläche gegenüberliegenden Fläche des Gehäuseaußenteils aufgenommen. Der erste Dichtbereich kann somit dichtend an der Stirnfläche des Gehäuseinnenteils und der gegenüberliegenden Fläche des Gehäuseaußenteils anliegen, so dass der Kühlkanal in radialer Richtung des Gehäuses zuverlässig abgedichtet sein kann.
Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung ist der erste Dichtbereich als Dichtlippe ausgestaltet, wobei die Dichtlippe zum Abdichten des Kühlkanals in einer Richtung quer zur Längserstreckungsrichtung des Gehäuses von einer der Stirnfläche des Gehäuseinnenteils gegenüberliegenden Fläche des Gehäuseaußenteils abragend zwischen der Stirnfläche des Gehäuseinnenteils und der gegenüberliegenden Fläche des Gehäuseaußenteils dichtend aufgenommen ist. Mit anderen Worten kann die Dichtlippe bzw. der erste Dichtbereich quer zu einem Normalenvektor der Stirnfläche und/oder der gegenüberliegenden Fläche von dem Gehäuseaußenteil und/oder von dem Ankerbereich abragen und die Auskragung umlaufen. Die Dichtlippe kann dabei gleichsam in Richtung der Mantelfläche des Gehäuses oder in Gegenrichtung umgeklappt bzw. umgelegt sein. Dadurch kann eine durch den ersten Dichtbereich bereitgestellte Dichtfläche vorteilhaft vergrößert und der Kühlkanal kann zuverlässig abgedichtet sein.
Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung ragt der zweite Dichtbereich quer zur Längserstreckungsrichtung des Gehäuses von dem Gehäuseaußenteil ab, wobei der zweite Dichtbereich dichtend an der Auskragung oder dichtend an einem die Auskragung ringförmig umschließenden Einlegeteil des Gehäuses anliegt. Der zweite Dichtbereich kann somit dichtend zwischen der Auskragung und einem der Auskragung gegenüberliegenden Bereich bzw. einer Fläche des Gehäuseaußenteils aufgenommen sein. Der zweite Dichtbereich kann so in vorteilhafter Weise eine Dichtfunktion des Dichtelements verbessern und/oder eine zusätzliche Abdichtung des Gehäuseinnenteils gegenüber dem Gehäuseaußenteil bereitstellen.
Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung weist das Gehäuseinnenteil zwischen der Stirnfläche und der Auskragung einen stufenförmig ausgestalteten Bereich auf, wobei der zweite Dichtbereich dichtend an dem stufenförmigen Bereich des Gehäuseinnenteils anliegt. Durch den stufenförmigen Bereich kann das Dichtelement zusätzlich komprimiert sein, so dass eine Dichtfunktion und/oder eine Dichtfläche erhöht sein kann.
Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung ist das das Dichtelement aus verfestigtem Flüssig-Silikon und/oder aus synthetischem Kautschuk gefertigt. Grundsätzlich kann das Dichtelement aus jedem geeigneten Elastomer gefertigt sein. Eine Ausbildung aus verfestigtem, z.B. thermisch gehärtetem, Flüssigsilikon, wie etwa „Liquid Silicone Rubber“ (LSR) und/oder synthetischem Kautschuk, wie z.B. Ethylen-Propylen-Dien-Kautschuk (EPDM) oder Ethylen-Propylen-Kautschuk (EPM), kann insbesondere einen Herstellungsprozess des Dichtelements durch Spritzgießen vereinfachen. Auch können derartige Materialien eine für eine Anwendung in dem Gehäuse einer elektrischen Maschine ausreichende Robustheit und/oder Temperaturbeständigkeit aufweisen.
Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung ist das Gehäuseaußenteil mit einem Duroplastmaterial und/oder einem Thermoplastmaterial gefertigt. Beispielsweise kann das Gehäuseaußenteil unter Verwendung von einem epoxidharzbasiertem Material, einem Phenolform Compound Material (PF) und/oder einem Bulk Molding Compound Material (BMC) spritzgegossen sein. Derartige Materialien können insbesondere eine ausreichende Robustheit, Widerstandsfähigkeit und/oder Temperaturbeständigkeit aufweisen.
Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung ist das Gehäuseaußenteil aus einem Duroplastmaterial gefertigt, welches mit Feststoffpartikeln und/oder mit Metallfasern versetzt ist. Das Duroplastmaterial kann beispielsweise mit 30–80 % vol., vorzugsweise mit 50–70% vol., von Feststoffpartikeln, wie z.B. Bornitrid-, Aluminiumhydroxid- und/oder Magnesiumhydroxid-Partikeln, versetzt sein. Weiter können etwa 5–40% von Glasfasern des Duroplastmaterials durch Metallfasern, wie z.B. Kupfer, Alumium, Silber oder einer Kombination davon, ersetzt sein. Zum einen kann so eine Zugfestigkeit des Duroplastmaterials erhöht und zum anderen kann die elektrische Maschine vorteilhaft gegen elektromagnetische Felder abgeschirmt werden. Ferner kann eine Wärmeleitfähigkeit des mit Feststoffpartikeln und/oder Metallfasern versetzten Duroplastmaterials im Vergleich zu reinem Duroplastmaterial erhöht sein, so dass von der elektrischen Maschine abgegebene Wärme effizient über das Gehäuse und den Kühlkanal abgeführt werden kann.
Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung ist das Gehäuseinnenteil aus Metall, z.B. aus Stahl, gefertigt. Dies kann in vorteilhafter Weise eine Stabilität und eine Wärmeleitfähigkeit des Gehäuses erhöhen. Auch kann so die elektrische Maschine gegen elektromagnetische Felder abgeschirmt sein.
Ein weiterer Aspekt der Erfindung betrifft eine elektrische Maschine, etwa einen Motor oder Generator, mit einem Gehäuse, so wie obenstehend und untenstehend beschrieben. Die elektrische Maschine kann einen Stator und einen relativ zum Stator drehbar gelagerten Rotor aufweisen, welcher etwa mit einer Welle drehfest verbunden sein kann.
Ein weiterer Aspekt der Erfindung kann ein Verfahren zum Herstellen eines Gehäuses, so wie obenstehend und untenstehend beschrieben, betreffen.
Es wird darauf hingewiesen, dass einige der möglichen Merkmale und Vorteile des Gehäuses hierin mit Bezug auf unterschiedliche Ausführungsformen beschrieben sind. Ein Fachmann erkennt, dass die Merkmale in geeigneter Weise kombiniert, angepasst oder ausgetauscht werden können, um zu weiteren Ausführungsformen der Erfindung zu gelangen.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
Nachfolgend werden Ausführungsformen der Erfindung unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen beschrieben, wobei weder die Zeichnungen noch die Beschreibung als die Erfindung einschränkend auszulegen sind.
1A zeigt einen Längsschnitt durch ein Gehäuse gemäß einer Ausführungsform der Erfindung.
1B zeigt eine Detailansicht eines Bereichs des Gehäuses aus 1A.
2A und 2B illustrieren Prozessschritte für ein Verfahren zum Herstellen eines Gehäuses gemäß einer Ausführungsform der Erfindung.
3 zeigt eine Detailansicht eines Längsschnitts durch einen Teil eines Gehäuses gemäß einer Ausführungsform der Erfindung.
4A und 4B illustrieren Prozessschritte für ein Verfahren zum Herstellen eines Gehäuses gemäß einer Ausführungsform der Erfindung.
5 und 6 zeigen jeweils ein Schnittbild eines Teils eines Gehäuses gemäß Ausführungsformen der Erfindung.
Die Figuren sind lediglich schematisch und nicht maßstabsgetreu. Gleiche Bezugszeichen bezeichnen in den Figuren gleiche oder gleichwirkende Merkmale.
Ausführungsformen der Erfindung
1A zeigt einen Längsschnitt durch ein Gehäuse 10 für eine elektrische Maschine gemäß einer Ausführungsform der Erfindung. 1B zeigt eine Detailansicht eines Bereichs 11 des Gehäuses 10 aus 1A.
Das Gehäuse 10 weist ein topfförmig ausgebildetes Gehäuseinnenteil 12 aus Metall auf, welches etwa als Stahlblechgehäuse ausgeführt sein kann.
Weiter weist das Gehäuse 10 ein topfförmig ausgebildetes und mit Kunststoff spritzgegossenes Gehäuseaußenteil 14 auf, welches koaxial zum Gehäuseinnenteil 12 angeordnet ist und dieses zumindest teilweise umschließt und/oder ummantelt. Das Gehäuseaußenteil 14 kann etwa aus thermoplastischem und/oder duroplastischem Material gefertigt sein. Optional kann das Material des Gehäuseaußenteils 14 mit Feststoffpartikeln und/oder mit Metallfasern zur Erhöhung einer Zugfestigkeit und einer Wärmeleitfähigkeit sowie zur Abschirmung von elektromagnetischen Feldern versetzt sein.
Das Gehäuseaußenteil 14 ist an einer Anbindungsseite 13 des Gehäuses 10 mit dem Gehäuseinnenteil 12 verschraubt. Das Gehäuseaußenteil 14 und das Gehäuseinnenteil 12 können dabei ausschließlich an der Anbindungsseite 13 verschraubt sein.
Die Anbindungsseite 13 kann beispielsweise eine offen ausgestaltete Seite des Gehäuses 10 bezeichnen, über welche eine elektrische Maschine in das Gehäuse 10 eingebracht werden kann und über welche das Gehäuse 10 etwa an einer Karosserie und/oder einem Getriebe eines Kraftfahrzeugs befestigt werden kann. Zur Befestigung des Gehäuses 10 weist das Gehäuseaußenteil 14 einen Flansch 15 auf, welcher das Gehäuse 10 an der Anbindungsseite 13 entlang eines Umfangs des Gehäuses 10 umläuft. In den Flansch 15 sind Befestigungsausnehmungen 17 eingebracht, welche sich von der Anbindungsseite 13 her in Längserstreckungsrichtung 16 des Gehäuses 10 zumindest teilweise in den Flansch 15 erstrecken. Die Befestigungsausnehmungen 17 können etwa mit Gewindehülsen 19 bestückt sein, mit Hilfe derer das Gehäuse 10 z.B. an einem Kraftfahrzeug angebracht werden kann.
Zum Abdichten eines Gehäuseinnenraums gegenüber einer Umgebung weist das Gehäuse 10 an der Anbindungsseite 13 einen O-Ring 21 auf, welcher in einer in den Flansch 15 eingebrachten Nut 23 aufgenommen ist und das Gehäuse 10 entlang eines Umfangs umläuft.
Weiter weist das Gehäuse 10 wenigstens einen Kühlkanal 18 auf, welcher zwischen dem Gehäuseinnenteil 12 und dem Gehäuseaußenteil 14 ausgebildet ist. Der Kühlkanal 18 ist zum Abführen von von der elektrischen Maschine generierter Wärme ausgebildet mit einem geeigneten Kühlmittel 20 durchströmt, beispielsweise Wasser oder eine Wasser-Glykol-Mischung. Der Kühlkanal 18 erstreckt sich dabei entlang einer Mantelfläche 24 des Gehäuseinnenteils 12 in Längserstreckungsrichtung 16 des Gehäuses 10. Ferner erstreckt sich der Kühlkanal 18 an einer Stirnfläche 22 des Gehäuseinnenteils 12 in radialer Richtung des Gehäuses 10. An der Anbindungsseite 13 sowie an der dieser gegenüberliegenden Stirnfläche 22 weist das Gehäuse 10 Umlenknuten 25 zum Umlenken des Kühlmittels 20 auf, so dass sich der Kühlkanal 18 mäanderförmig entlang der Mantelfläche 24 und der Stirnfläche 22 erstrecken kann. Das Gehäuse 10 kann ferner einen Einlass zum Einbringen des Kühlmittels 20 in den Kühlkanal 18 und einen Auslass zum Abführen des Kühlmittels 20 aus dem Kühlkanal 18 aufweisen.
Das Gehäuseinnenteil 12 weist an der Stirnfläche 22 eine kanalartige und/oder zylinderförmige Auskragung 26 auf, welche von der Stirnfläche 22 in Längserstreckungsrichtung 16 abragt. Die Auskragung 26 kann sich dabei koaxial und/oder parallel zu einer Längsachse des Gehäuses 10 erstrecken. Die Auskragung 26 ist insbesondere dazu ausgeführt, eine Welle der elektrischen Maschine aufzunehmen. Die Auskragung 26 bildet einen abgewinkelten Bereich 27 des Gehäuseinnenteils 12, auf welchem zumindest teilweise das Gehäuseaußenteil 14 abgestützt sein kann.
Zum Abdichten des Gehäuseinnenteils 12 gegenüber dem Gehäuseaußenteil 14 und/oder zum Abdichten des Kühlkanals 18 ist in dem abgewinkelten Bereich 27 ein Dichtelement 28 angeordnet, welches die Auskragung 26 ringförmig umläuft und/oder umschließt und welches zwischen dem Gehäuseinnenteil 12 und dem Gehäuseaußenteil 14 aufgenommen ist.
Das Dichtelement 28 ist aus thermisch härtendem, verfestigtem Flüssigsilikon (LSR) und/oder aus synthetischem Kautschuk, etwa EPDM und/oder EPM, gefertigt.
Wie in der Detailansicht der 1B erkennbar, weist das Dichtelement 28 einen Ankerbereich 30 auf, welcher vollständig von dem Kunststoff des Gehäuseaußenteils 14 umspritzt ist, so dass das Dichtelement 28 zumindest teilweise in das Gehäuseaußenteil 14 eingebettet und darin gehalten bzw. fixiert ist. Ferner weist das Dichtelement 28 einen ersten Dichtbereich 32, welcher zum Abdichten des Kühlkanals 18 dichtend an der Stirnfläche 22 des Gehäuseinnenteils 12 anliegt, und einen zweiten Dichtbereich 34 auf, welcher dichtend an einer Außenfläche 29 der Auskragung 26 anliegt.
Der erste Dichtbereich 32 ragt im Wesentlichen in Längserstreckungsrichtung 16 des Gehäuses 10 von dem Gehäuseaußenteil 14 ab und ist dichtend zwischen der Stirnfläche 22 des Gehäuseinnenteils 12 und einer der Stirnfläche gegenüberliegenden Fläche 36 des Gehäuseaußenteils 14 aufgenommen, so dass der Kühlkanal 18 zuverlässig abgedichtet ist.
Der zweite Dichtbereich 34 ragt quer zur Längserstreckungsrichtung 16 des Gehäuses, z.B. orthogonal, von dem Gehäuseaußenteil 14 ab und ist dichtend zwischen der Außenfläche 29 der Auskragung 26 und einer gegenüberliegenden Fläche 31 des Gehäuseaußenteils 14 aufgenommen, so dass das Gehäuseinnenteil 12 gegenüber dem Gehäuseaußenteil 14 abgedichtet ist. Der zweite Dichtbereich 34 kann daher etwa orthogonal zu dem ersten Dichtbereich 32 von dem Gehäuseaußenteil 14 abragen.
Der Ankerbereich 30 des Dichtelements 28 weist einen Absatz 38 auf, welcher zumindest in einem Teilbereich V-förmig ausgestaltet ist, so dass der Ankerbereich 30 während einer Fertigung des Gehäuses 10 zuverlässig und vollständig von dem Kunststoff des Gehäuseaußenteils 14 umflossen werden kann. Zwischen dem Absatz 38 und dem ersten Dichtbereich 32 sowie dem zweiten Dichtbereich 34 ist in radialer Richtung des Gehäuses 10 beidseits des Dichtelements 28 jeweils eine Hinterschneidung bzw. einen Hinterschnitt 40 ausgebildet, über welche das Dichtelement 28 in dem Gehäuseaußenteil verankert ist.
Zur weiteren Fixierung des Dichtelements 28 in dem Gehäuseaußenteil 14 weist das Dichtelement 28 ferner einen Fortsatz 42 auf, welcher dem zweiten Dichtbereich 34 in radialer Richtung des Gehäuses 10 gegenüberliegt und ebenfalls vollständig von dem Kunststoff des Gehäuseaußenteils 14 umspritzt ist.
Erwärmt sich das Gehäuse 10, etwa aufgrund von Verlustleistung der elektrischen Maschine, so kann sich das im Wesentlichen aus Kunststoff gefertigte Gehäuseaußenteil 14 mehr als das aus Metall gefertigte Gehäuseinnenteil 12 ausdehnen. Das Gehäuseaußenteil 14 kann sich dabei relativ zum Gehäuseinnenteil 12 verschieben. Da das Dichtelement 28 durch den zumindest teilweise V-förmig ausgebildeten Absatz 38 fest im Kunststoff des Gehäuseaußenteils 14 verankert ist, kann es mit verschoben werden. Gleichzeitig kann sich das Dichtelement 28 bei Temperaturerhöhung mehr als das Gehäuseaußenteil 14 ausdehnen und somit die Dichtwirkung erhöhen, so dass Leckagen und/oder ein Austreten des Kühlmittels 20 aus dem Gehäuse 10 vermieden werden können.
Da das Dichtelement 28 ferner während des Spritzgießens des Gehäuseaußenteils 14 zumindest teilweise umspritzt ist, muss das Dichtelement 28 nicht nachträglich montiert werden, wodurch Montageprozesse und/oder Montagefehler verringert werden können.
2A und 2B illustrieren Prozessschritte für ein Verfahren zum Herstellen eines Gehäuses 10 gemäß einer Ausführungsform der Erfindung. Sofern nicht anders beschrieben kann das Gehäuse der 2A und 2B dieselben Elemente und Merkmale aufweisen wie das Gehäuse der 1A und 1B.
Zum Herstellen des Gehäuses 10 wird eine Spritzgießeinheit mit Spritzgießwerkzeug 51 benötigt. Zum Ausbilden der Dichtelemente 28, 32, 34 wird eine weitere Spritzgießeinheit mit Spritzgießwerkzeug 41 und ein Handling benötigt.
In einem ersten Schritt wird das speziell konfektionierte Dichtelement 28, etwa aus LSR, EPDM oder EPM, in dem auf rund 150°C bis 180°C temperierten Spritzgießwerkzeug 41 mit einem feinen Filmanschnitt 43 über einen Anguss 45 angespritzt. Nachdem das Dichtelement 28 zumindest teilweise vernetzt und/oder ausgehärtet ist, wird eine Trennebene 47 des Spritzgießwerkzeugs 41 geöffnet und das ähnlich einem O-Ring ausgeformte Dichtelement 28 kann durch einen Auswerfer 49 entformt werden. Der Anguss 45 kann durch eine Stanzkante oder extern abgetrennt werden.
Anschließend wird das Dichtelement 28 mit einem Handling in das aufgeheizte Gehäusewerkzeug 51 für das Gehäuseaußenteil 14 auf einem im Gehäusewerkzeug 51 vorgesehenen Kavitätsabsatz 53 in einem rechtwinkligen Bereich positioniert. Wenn das Gehäuseaußenteil 14 aus duroplastischem Kunststoff gefertigt wird, kann eine Werkzeugtemperatur des Gehäusewerkzeugs 51 bei rund 140°C bis 170°C liegen. Wenn ein Thermoplast eingesetzt wird, kann die Temperatur zwischen rund 100°C und 140°C liegen. Bei diesen Temperaturen schmilzt das Dichtelement 28 nicht auf, sondern dehnt sich nur aus und wird weich. Über den Filmanschnitt wird die Kunststoffschmelze eingespritzt und der V-förmige Absatz 38 sowie seitliche Flächen des Dichtelements 28 werden umflossen.
Wenn eine Kavität 55 des Gehäusewerkzeugs 51 mit Kunststoff gefüllt ist, wird der Nachdruck aktiviert. Da das aufgeweichte Dichtelement 28 angußnah liegt, kann der Nachdruck auf Außenflächen des Dichtelements bis zu 4 Sekunden wirken und diese dabei komprimieren. Mit der Höhe des Nachdrucks, der bis zu 1000 bar erreichen kann, kann somit eine Vorspannung für den anschließenden Verbau auf dem Gehäuseinnenteil 12 eingestellt werden. Nach einer vorgegebenen Aushärtungszeit wird das Gehäuseaußenteil 14 durch Auswerfer ausgestoßen und etwa einem Montageplatz zugeführt, an dem das Gehäuseaußenteil 14 mit den Dichtelement 28 direkt über die Auskragung 26 des Gehäuseinnenteils 12 geschoben und an der Anbindungsseite 13 verschraubt werden kann.
3 zeigt eine Detailansicht eines Längsschnitts durch einen Teil eines Gehäuses 10 gemäß einer Ausführungsform der Erfindung, beispielsweise gemäß der Ausführung nach 1A. Der in 3 gezeigte Teil entspricht dabei dem in 1B gezeigten Bereich des Gehäuses 10. Sofern nicht anders beschrieben, kann das in 3 gezeigte Gehäuse 10 dieselben Elemente und Merkmale wie die Gehäuse 10 der vorangegangenen Figuren aufweisen.
Bei dem in 3 gezeigten Ausführungsbeispiel ist der erste Dichteberich 32 als die Auskragung 26 ringförmig umlaufende Dichtlippe 33 ausgestaltet. Die Dichtlippe 33 ragt dabei quer zur Längserstreckungsrichtung 16 des Gehäuses 10 von der der Stirnfläche 22 des Gehäuseinnenteils 12 gegenüberliegenden Fläche 36 des Gehäuseaußenteils 14 ab. Im Wesentlichen ist die Dichtlippe 33 radial nach außen geklappt und/oder umgelegt, so dass die Dichtlippe 33 dichtend zwischen der Stirnfläche 22 und der Fläche 36 aufgenommen ist.
Bei Temperaturänderungen des Gehäuses kann ein Spalt zwischen Gehäuseinnenteil 12 und Gehäuseaußenteil 14 vergrößert oder verkleinert werden. Durch die mitlaufende Dichtlippe 33 können derartige Spaltänderungen ausgeglichen werden und das Kühlmittel 20 kann zurückgehalten werden. Die Stirnfläche 22 des Gehäuseinnenteils 12 sollte in einem Bereich, welcher mit der Dichtlippe 33 in Berührkontakt steht, eine geringe Rauigkeit haben, damit die Dichtlippe 33 nicht zu stark abgenutzt wird.
4A und 4B illustrieren Prozessschritte für ein Verfahren zum Herstellen eines Gehäuses 10 gemäß einer Ausführungsform der Erfindung. Sofern nicht anders beschrieben, kann das in den 4A und 4B illustrierte Verfahren dieselben Prozessschritte aufweisen wie das in den 2A und 2B illustrierte Verfahren.
Nach dem Ausbilden bzw. Ausformen des Dichtelements 28 analog 2A und 2B, kann das Dichtelement 28 nach einer vorgegebenen Vernetzungszeit entformt werden und mit umgelegter Dichtlippe 33 in eine Nut 57 des Gehäusewerkzeugs 51 eingesetzt werden. In der Nut 57 wird ein Vakuum angelegt und durch eine Abdichtung der an eine Berandung der Nut 57 drückenden Dichtlippe 33 sowie des zweiten Dichtbereichs 34 wird das Dichtelement 28 angesaugt und somit fest im Gehäusewerkzeugs 51 positioniert und der Kunststoff des Gehäuseaußenteils 14 kann eingespritzt werden.
5 zeigt ein Schnittbild eines Teils eines Gehäuses 10 gemäß einer Ausführungsform der Erfindung. Sofern nicht anders beschrieben, kann das Gehäuse 10 der 5 dieselben Elemente und Merkmale aufweisen wie die in vorangegangenen Figuren gezeigten Gehäuse 10.
Bei dem in 5 gezeigten Ausführungsbeispiel ist das Gehäuseinnenteil 12 in einem Bereich 60, welcher zwischen der Stirnfläche 22 und der Auskragung 26 angeordnet ist, stufenförmig ausgestaltet. Der Bereich 60 kann somit gleichsam eine Stufe bzw. einen Absatz des Gehäuseinnenteils 12 bezeichnen, wobei der zweite Dichtbereich 34 des Dichtelements 28 dichtend an dem Bereich 60 bzw. der Stufe anliegt. Der Bereich 60 kann etwa zur Positionierung des Dichtelements 28 dienen.
Ferner ist der Ankerbereich 30 und/oder der Absatz 38 des Dichtelements 28 zumindest in einem Teilbereich quaderförmig ausgestaltet. Weiter ist der erste und zweite Dichtbereich 32, 34 des Dichtelements 28 in einer Aufnahmenut 64 des Gehäuseaußenteils 14 aufgenommen.
Des Weiteren weist das Gehäuseaußenteil 14 zwischen der der Stirnfläche 22 des Gehäuseinnenteils 12 gegenüberliegenden Fläche 36 und der der Auskragung 26 gegenüberliegenden Fläche 31 eine Schrägfläche 62 auf, welche quer zur Längserstreckungsrichtung 16 des Gehäuses 10 verläuft. Die Schrägfläche 62 kann z.B. vorteilhaft im Hinblick auf eine Komprimierung des Dichtelements 28 während eines Aufschiebens des Gehäuseaußenteils 14 auf das Gehäuseinnenteil 12 sein.
6 zeigt ein Schnittbild eines Teils eines Gehäuses 10 gemäß einer Ausführungsform der Erfindung, beispielsweise gemäß der Ausführung nach 1A. Sofern nicht anders beschrieben, kann das Gehäuse 10 der 6 dieselben Elemente und Merkmale aufweisen wie die in vorangegangenen Figuren gezeigten Gehäuse 10.
Anstelle des stufenförmigen Bereichs 60 bzw. der Stufe bzw. des Absatzes des Gehäuseinnenteils 12 der 5 weist das Gehäuse 10 der 6 ein Einlegeteil 66 auf, welches die Auskragung 26 ringförmig umschließt und an welchem der zweite Dichtbereich 34 dichtend anliegt. Das Einlegeteil 66 kann beispielsweise aus Kunststoff oder Metall gefertigt sein und insbesondere zur Positionierung des Dichtelements 28 in der Aufnahmenut 64 des Gehäuseaußenteils 14 dienen.
Abschließend ist darauf hinzuweisen, dass Begriffe wie „aufweisend“, „umfassend“, etc. keine anderen Elemente oder Schritte ausschließen und Begriffe wie „eine“ oder „ein“ keine Vielzahl ausschließen. Bezugszeichen in den Ansprüchen sind nicht als Einschränkung anzusehen.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

DE 102010008584 A1 [0004]
DE 19848246 A1 [0005]

Claims

Gehäuse (10) für eine elektrische Maschine, aufweisend: ein topfförmiges Gehäuseinnenteil (12); ein topfförmiges Gehäuseaußenteil (14), welches mit Kunststoff gefertigt ist und welches das Gehäuseinnenteil (12) zumindest teilweise umschließt; und wenigstens ein Dichtelement (28); wobei zwischen dem Gehäuseaußenteil (14) und dem Gehäuseinnenteil (12) wenigstens ein Kühlkanal (18) zur Fluidkühlung der elektrischen Maschine ausgebildet ist, wobei das Gehäuseinnenteil (12) an einer Stirnfläche (22) eine von der Stirnfläche (22) abragende Auskragung (26) aufweist, und wobei das Dichtelement (28) die Auskragung (26) ringförmig umläuft und zwischen dem Gehäuseinnenteil (12) und dem Gehäuseaußenteil (14) aufgenommen ist, dadurch gekennzeichnet, dass das Dichtelement (28) einen Ankerbereich (30) aufweist, welcher zur Verankerung des Dichtelements (28) in dem Gehäuseaußenteil (14) vollständig von dem Kunststoff des Gehäuseaußenteils (14) umspritzt ist; dass das Dichtelement einen ersten Dichtbereich (32) aufweist, welcher dichtend an der Stirnfläche (22) des Gehäuseinnenteils (12) anliegt; und dass das Dichtelement (28) einen zweiten Dichtbereich (34) zum Abdichten der Auskragung (26) des Gehäuseinnenteils (12) gegenüber dem Gehäuseaußenteil (14) aufweist.
Gehäuse (10) nach Anspruch 1, wobei der Ankerbereich (30) des Dichtelements (28) einen Absatz (38) aufweist, und wobei zwischen dem Absatz (38) und dem zweiten Dichtbereich (34) ein Hinterschnitt (40) ausgebildet ist, so dass das Dichtelement (28) in dem Gehäuseaußenteil (14) gehalten ist.
Gehäuse (10) nach Anspruch 2, wobei zumindest ein Teilbereich des Absatzes (38) V-förmig ausgestaltet ist.
Gehäuse (10) nach einem der voranstehenden Ansprüche, wobei der erste Dichtbereich (32) in Längserstreckungsrichtung (16) des Gehäuses (10) von dem Gehäuseaußenteil (14) abragt und zum Abdichten des Kühlkanals (18) dichtend zwischen der Stirnfläche (22) des Gehäuseinnenteils (12) und einer der Stirnfläche (22) gegenüberliegenden Fläche (36) des Gehäuseaußenteils (14) aufgenommen ist.
Gehäuse (10) nach einem der voranstehenden Ansprüche, wobei der erste Dichtbereich (32) als Dichtlippe (33) ausgestaltet ist, und wobei die Dichtlippe (33) zum Abdichten des Kühlkanals (18) in einer Richtung quer zur Längserstreckungsrichtung (16) des Gehäuses (10) von einer der Stirnfläche (22) des Gehäuseinnenteils (12) gegenüberliegenden Fläche (36) des Gehäuseaußenteils (14) abragend zwischen der Stirnfläche (22) des Gehäuseinnenteils (12) und der gegenüberliegenden Fläche (36) des Gehäuseaußenteils (14) aufgenommen ist.
Gehäuse (10) nach einem der voranstehenden Ansprüche, wobei der zweite Dichtbereich (34) quer zur Längserstreckungsrichtung (16) des Gehäuses (10) von dem Gehäuseaußenteil (14) abragt, und wobei der zweite Dichtbereich (34) dichtend an der Auskragung (26) oder dichtend an einem die Auskragung (26) ringförmig umschließenden Einlegeteil (66) des Gehäuses (10) anliegt.
Gehäuse (10) nach einem der voranstehenden Ansprüche, wobei das Gehäuseinnenteil (12) zwischen der Stirnfläche (22) und der Auskragung (26) einen stufenförmig ausgestalteten Bereich (60) aufweist, und wobei der zweite Dichtbereich (34) dichtend an dem stufenförmigen Bereich (60) des Gehäuseinnenteils (12) anliegt.
Gehäuse (10) nach einem der voranstehenden Ansprüche, wobei das Dichtelement (28) aus verfestigtem Flüssig-Silikon und/oder aus synthetischem Kautschuk gefertigt ist.
Gehäuse (10) nach einem der voranstehenden Ansprüche, wobei das Gehäuseaußenteil (14) mit einem Duroplastmaterial und/oder einem Thermoplastmaterial gefertigt ist.
Gehäuse (10) gemäß einem der voranstehenden Ansprüche, wobei das Gehäuseaußenteil (14) aus einem Duroplastmaterial gefertigt ist, welches mit Feststoffpartikeln und/oder mit Metallfasern versetzt ist.
Gehäuse (10) nach einem der voranstehenden Ansprüche, wobei das Gehäuseinnenteil (12) aus Metall gefertigt ist.
Elektrische Maschine mit einem Gehäuse (10) nach einem der voranstehenden Ansprüche.