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Die Erfindung betrifft ein Kühlgehäuse für eine elektrische Maschine, beispielsweise für eine elektrische Maschine eines Kraftfahrzeugs, und ein Verfahren zur Herstellung eines Kühlgehäuses für eine elektrische Maschine, beispielsweise für eine elektrische Maschine eines Kraftfahrzeugs.
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Gehäuse für elektrische Maschinen unterliegen zahlreichen funktionalen und mechanischen Anforderungen, welche sie zuverlässig über die gesamte Lebensdauer der elektrischen Maschine erfüllen müssen. Zur Abfuhr der anfallenden Verlustleistung im Stator und auch Rotor, werden elektrische Maschinen (E-Maschinen) über einen umlaufenden Kühlmantel gekühlt, welcher Teil des Gehäuses der elektrischen Maschine (E-Maschinengehäuses) ist. Dieser Kühlmantel ist zumeist fahrzeugseitig in den Kühlkreislauf eingebunden und wird von einem Wasser-Glykol-Gemisch durchströmt. Deshalb ist es wichtig, dass der Kühlmantel nach innen in Richtung der elektrischen Maschine sowie nach außen über die gesamte Lebensdauer der elektrischen Maschine dicht ist. Neben der Dichtigkeit des Kühlmantels sind in der Konzeption von E-Maschinengehäusen die Kosten, das Gewicht und der Bauraumbedarf wichtige Kriterien.
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Es ist bekannt, Gehäuse für elektrische Maschinen aus mehreren Teilen zusammenzusetzen, wobei der Kühlmantel durch die Verbindung der einzelnen Teile erzeugt wird ("gebauter Kühlmantel").
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Zum Beispiel kann das Gehäuse einen zweiteiligen Statorträger mit einer Kühlstruktur und einen Rohrabschnitt aufweisen, der die Kühlstruktur abdeckt und mit einem Statorträger flüssigkeitsdicht verbunden ist. Solche Gehäuse weisen jedoch eine Vielzahl an Dichtstellen, insbesondere konzeptbedingte, innenliegende Dichtstellen in Richtung der elektrischen Maschine, auf, welche aufwändig, beispielsweise über Dichtungen, Kleber oder Schweißnähte, abgedichtet werden müssen. Dabei kann es häufig zu Undichtigkeiten, insbesondere in Richtung der elektrischen Maschine, kommen, die nicht oder nur händisch beseitigt werden können, was einen hohen Fertigungsaufwand bedeutet.
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Die
DE 10 2010 042 259 A1 ,
DE 10 2010 040 399 A1 und
DE 10 2006 044 785 A1 schlagen jeweils ein Gehäuse für eine elektrische Maschine vor, das einen zylinderförmigen Statorträger und ein auf den Statorträger aufgestecktes und mit diesem verbundenes Rohr aufweist, so dass das Rohr eine Kühlstruktur in dem Statorträger flüssigkeitsdicht abdeckt. Der Statorträger muss sehr präzise gefertigt sein, dass sich das Rohr auf den Statorträger aufstecken lässt und flüssigkeitsdicht mit dem Statorträger verbunden werden kann.
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Alternativ sind einteilige, gegossene Gehäuse bekannt („gegossener Kühlmantel“). Diese werden mittels eines in der Regel verlorenen Kerns, der eine Struktur des Kühlwassermantels bildet, erzeugt. Das Herstellungsverfahren ist jedoch komplex und kostenintensiv.
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Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es daher, ein Kühlgehäuse für eine elektrische Maschine und ein Verfahren zur Herstellung eines Kühlgehäuses für eine elektrische Maschine bereitzustellen, die die oben genannten Nachteile wenigstens teilweise überwinden. Es soll insbesondere ein günstiges und einfaches Gehäusekonzept bereitgestellt werden, das ohne verlorenen Kern auskommt und potentielle Kühlwasserleckagen insbesondere in Richtung der elektrischen Maschine vermeidet.
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Diese Aufgabe wird durch das erfindungsgemäße Kühlgehäuse für eine elektrische Maschine nach Anspruch 1 und das Verfahren zur Herstellung eines Kühlgehäuses für eine elektrische Maschine nach Anspruch 9 gelöst.
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Gemäß einem ersten Aspekt betrifft die Erfindung ein Kühlgehäuse für eine elektrische Maschine, umfassend:
einen Grundkörper zum Aufnehmen der elektrischen Maschine, wobei der Grundkörper in seiner Außenfläche eine sich in Umfangsrichtung des Grundkörpers ausdehnende Aussparung aufweist; und
ein gebogenes Mantelelement, das mit dem Grundkörper mechanisch gekoppelt ist, wobei das gebogene Mantelelement eine erste Stirnseite, eine durch eine Manteloberfläche des Mantelelements von der ersten Stirnseite beabstandete, zweite Stirnseite und eine Unterbrechung aufweist, die sich entlang einer auf der Manteloberfläche verlaufenden Verbindungslinie zwischen der ersten Stirnseite und der zweiten Stirnseite des Mantelelements erstreckt und durch eine erste Anschlusskante und eine der ersten Anschlusskante gegenüberliegende, zweite Anschlusskante festgelegt ist,
wobei die erste Anschlusskante und die zweite Anschlusskante des Mantelelements miteinander und/oder mit dem Grundkörper fluiddicht mechanisch gekoppelt werden, während das Mantelelement die Aussparung im Grundkörper abdeckt und an dem Grundkörper anliegt.
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Gemäß einem zweiten Aspekt betrifft die vorliegende Erfindung ein Verfahren zum Herstellen eines Kühlgehäuses für eine elektrische Maschine, insbesondere eines Kühlgehäuses nach einem der vorhergehenden Ansprüche, umfassend:
Bereitstellen eines Grundkörpers zum Aufnehmen der elektrischen Maschine, wobei der Grundkörper in seiner Außenfläche eine sich in Umfangsrichtung des Grundkörpers ausdehnende Aussparung aufweist;
Bereitstellen eines gebogenen Mantelelements mit einer ersten Stirnseite, einer durch eine Manteloberfläche des Mantelelements von der ersten Stirnseite beabstandeten, zweiten Stirnseite und einer Unterbrechung, die sich entlang einer auf der Manteloberfläche verlaufenden Verbindungslinie zwischen der ersten Stirnseite und der zweiten Stirnseite des Mantelelements erstreckt und durch eine erste Anschlusskante und eine der ersten Anschlusskante gegenüberliegende, zweite Anschlusskante festgelegt ist;
Auflegen des Mantelelements auf den Grundkörper derart, dass das Mantelelement die Aussparung abdeckt; und
fluiddichtes mechanisches Koppeln der ersten Anschlusskante und der zweiten Anschlusskante des Mantelelements miteinander und/oder mit dem Grundkörper, während das Mantelelement die Aussparung im Grundkörper abdeckt und an dem Grundkörper anliegt.
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Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen und der folgenden Beschreibung bevorzugter Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung.
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Ein erfindungsgemäßes Kühlgehäuse für eine elektrische Maschine umfasst einen Grundkörper zum Aufnehmen der elektrischen Maschine, beispielsweise einen Statorträger, und ein gebogenes, insbesondere elastisches Mantelelement, beispielsweise ein Mantelblech, das mit dem Grundkörper mechanisch gekoppelt ist. Der Grundkörper weist in seiner Außenfläche eine sich in Umfangsrichtung des Grundkörpers ausdehnende Aussparung auf, die insbesondere so ausgebildet ist, dass sie von Kühlflüssigkeit durchströmt werden kann. Das gebogene Mantelelement, insbesondere nachdem es um den Grundkörper gelegt ist und bevor und/oder nachdem es mit dem Grundkörper gekoppelt ist, weist eine erste Stirnseite, eine durch eine Manteloberfläche des Mantelelements von der ersten Stirnseite beabstandete, zweite Stirnseite und eine Unterbrechung auf. Die Unterbrechung erstreckt sich entlang einer auf der Manteloberfläche verlaufenden Verbindungslinie zwischen der ersten Stirnseite und der zweiten Stirnseite des Mantelelements und ist durch eine erste Anschlusskante und eine der ersten Anschlusskante gegenüberliegende, zweite Anschlusskante festgelegt. Die erste Anschlusskante und die zweite Anschlusskante des Mantelelements sind miteinander und/oder mit dem Grundkörper fluiddicht mechanisch gekoppelt, wobei die mechanische Kopplung der ersten Anschlusskante und der zweiten Anschlusskante miteinander und/oder mit dem Grundkörper erfolgt, während das Mantelelement die Aussparung im Grundkörper abdeckend um den Grundkörper gelegt ist und an dem Grundkörper anliegt.
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Da die Anschlusskanten erst mechanisch gekoppelt werden, sobald das Mantelelement außenseitig um den Grundkörper gelegt ist, kann das Mantelelement unabhängig von einer Form des Grundkörpers in einfacher Weise fluiddicht mit dem Grundkörper gekoppelt werden. Somit können auch beliebige einteilige Grundkörper zum Einsatz kommen. Zudem kann eine Kopplung, insbesondere eine Schweißverbindung, automatisiert und in einem Arbeitsgang, bei guter Zugänglichkeit von außen hergestellt werden. Sollten Undichtigkeiten bei der fluiddichten Kopplung zwischen dem Grundkörper und dem Mantelelement bzw. zwischen den Anschlusskanten des Mantelelements auftreten, können diese erkannt werden, da sie nach außen hin auftreten und somit sichtbar sind, so dass eine einfache Nacharbeitung möglich ist.
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Die elektrische Maschine kann eine elektrische Maschine eines Kraftfahrzeugs sein, beispielsweise ein Starter-Generator, ein Elektrobooster und/oder ein elektrischer Antriebsmotor. Alternativ kann die elektrische Maschine ein elektrischer Industriemotor bzw. eine elektrische Industriemaschine sein.
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In manchen Ausführungsbeispielen kann das Mantelelement an der ersten Stirnseite eine erste Stirnseitenkante und an der zweiten Stirnseite eine zweite Stirnseitenkante aufweisen. Vorzugsweise sind die erste Stirnseitenkante und die zweite Stirnseitenkante mit dem Grundkörper fluiddicht mechanisch gekoppelt. Gegebenenfalls kann das Mantelelement zwischen den Stirnseitenkanten und den Anschlusskanten zudem Übergangskanten aufweisen, die ebenfalls fluiddicht mit dem Grundkörper gekoppelt sein können. So kann die gesamte Aussparung im Grundkörper entlang eines Außenrands des Mantelelements fluiddicht abgedeckt werden.
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Der Grundkörper kann in Form eines hohlzylinderartigen Elements ausgebildet sein. Das hohlzylinderartige Element kann an beiden Stirnseiten offen sein oder an einer Stirnseite offen und an der anderen Stirnseite geschlossen sein, also topfartig ausgebildet sein. Das hohlzylinderartige Element kann eine Innenseite aufweisen, die einen insbesondere kreiszylindrischen Hohlraum zur Aufnahme der elektrischen Maschine festlegt. Das hohlzylinderartige Element kann eine Außenseite aufweisen, deren grundlegende Form einer Mantelfläche eines geometrischen Zylinders entspricht, dessen Grundfläche beispielsweise kreisförmig, oval, elliptisch oder polygonal mit runden Kanten und/oder mit abgerundeten Ecken ist. In der Außenseite ist die Aussparung vorgesehen.
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Die Aussparung kann insbesondere in Umfangsrichtung eine gleichmäßige Tiefe aufweisen, insbesondere wenn die grundlegende Form der Mantelfläche eines geometrischen Zylinders mit kreisförmiger Grundfläche (Kreiszylinders) entspricht. Alternativ kann die Tiefe der Aussparung in Umfangsrichtung variieren, beispielsweise, wenn die grundlegende Form der Mantelfläche eines geometrischen Zylinders mit einer ovalen oder elliptischen Grundfläche oder einer polygonalen Grundfläche runden Kanten und/oder mit abgerundeten Ecken entspricht. In diesen Fällen kann die Tiefe der Aussparung in Bereichen der Grundfläche, die eine minimale Krümmung aufweisen, maximal sein.
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An seiner Außenseite kann das hohlzylinderförmige Element neben der Aussparung, die vorzugsweise in Längsrichtung des hohlzylinderförmigen Elements mittig positioniert ist, ein oder mehrere aus der Außenseite hervorstehende Anschlusselemente zur Fixierung der elektrischen Maschine in dem Gehäuse und/oder zum Einbinden des Kühlgehäuses in ein Antriebssystem aufweisen. Die Anschlusselemente sind vorzugsweise außerhalb der Aussparung, insbesondere benachbart zu längsseitigen Enden des hohlzylinderartigen Elements, angeordnet. Die Anschlusselemente können als Schraubbutzen, Verrippungen und/oder ähnlichen Anschlussstrukturen ausgebildet sein. Beispielsweise können die Anschlusselemente dazu vorgesehen sein, ein Lagerschild oder ein anderes Bauteil zum Fixieren der elektrischen Maschine an dem Gehäuse zu befestigen und/oder die elektrische Maschine mit einem Getriebe oder einer anderen Antriebskomponente des Antriebssystems zu koppeln. Da das Mantelelement die Unterbrechung aufweist und daher beim Fügen auf den Grundkörper insbesondere elastisch aufgespreizt werden kann, kann es an den Anschlusselementen und ähnlichen Störkonturen axial vorbeigeführt werden.
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Der Grundkörper kann einteilig oder mehrteilig ausgebildet sein. Vorzugsweise ist der Grundkörper einteilig ausgebildet oder weist einen zentralen, kernlosen Hauptteil auf, der die gesamte Aussparung enthält, so dass sich in den der elektrischen Maschine zugewandten Bereichen keine Dichtstellen, insbesondere keine Schweißnähte, Klebungen oder Dichtungen, befinden. Dadurch werden undichte Stellen in Richtung der elektrischen Maschine von vornherein vermieden und die elektrische Maschine wird effektiv vor dem Kühlmedium (Kühlflüssigkeit) geschützt.
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Der Grundkörper bzw. der zentrale Hauptteil können als Gussteil gefertigt sein, zum Beispiel als Kokillengussteil, Druckgussteil oder anderes Gussteil. Der Grundkörper kann Zink, Aluminium, Kupfer, Nickel, Eisen, Titan und/oder ein anderes Metall enthalten oder aus einem oder mehreren dieser Metalle bestehen. Der Grundkörper kann alternativ oder zusätzlich eine Aluminiumlegierung, eine Kupferlegierung wie Messing oder Siliziumtombak oder eine andere Legierung enthalten oder daraus bestehen.
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Das Mantelelement kann ein- oder mehrteilig ausgebildet sein. Vorzugsweise ist das Mantelelement einteilig ausgebildet, da so die Automatisierung verbessert und der Handlingsaufwand minimiert werden kann.
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In manchen Ausführungsbeispielen kann sich die Unterbrechung des Mantelelements von der ersten Stirnseite zur zweiten Stirnseite des Mantelelements erstrecken. Die erste Stirnseite kann offen, teilweise offen oder geschlossen ausgebildet sein, während die zweite Stirnseite offen ist. Das Mantelelement kann beispielsweise die Form eines Hohlzylindersektors oder eines Hohlzylindersektors mit abgerundeten Übergangsbereichen bzw. mit Übergangskanten zwischen den Stirnseitenkanten und den Anschlusskanten aufweisen. Alternativ kann das Mantelelement ein flächiges Element mit einem Umriss in Form eines Rechtecks oder eines Rechtecks mit abgerundeten Ecken sein, das beim Anlegen an den Grundkörper und/oder beim Koppeln des Mantelelements mit dem Grundkörper zu einem Hohlzylindersektor oder einem Hohlzylindersektor mit abgerundeten Übergangsbereichen zwischen den Stirnseitenkanten und den Anschlusskanten umgeformt wird.
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Das Mantelelement ist vorteilhafterweise biegsam und/oder elastisch. Das Mantelelement lässt sich dann einfach um den Grundkörper herumlegen und wird nicht in Form eines Rohrabschnittes auf den Grundkörper aufgesteckt.
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Das Mantelelement kann ein Metall, beispielsweise Aluminium und/oder ein anderes Metall, oder eine Legierung, beispielsweise eine Aluminiumlegierung, eine Kupferlegierung oder eine andere Legierung, enthalten oder daraus bestehen. Alternativ kann das Mantelelement einen Kunststoff, beispielsweise Polyvinylchlorid (PVC) und/oder einen anderen Kunststoff, enthalten oder daraus bestehen.
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Das Mantelelement kann ein Blech, beispielsweise ein flaches Walzwerkfertigprodukt, aus Metall, einer Legierung oder aus Kunststoff sein, das vor und/oder nach dem Koppeln des Mantelelements mit dem Grundkörper um eine Längsachse zu einem Hohlzylindersektor oder zu einem Hohlzylinder mit abgerundeten Übergangsbereichen zwischen den Stirnseitenkanten und den Anschlusskanten gebogen ist. Beispielsweise kann das Blech ein Blech aus dem Karosseriebau oder ein in Längsrichtung aufgeschlitztes und aufgebogenes Rohrstück sein, die kostengünstig erhältlich sind.
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Das Mantelelement, insbesondere das Blech, kann eine Dicke im Bereich von 1 mm bis 5 mm, insbesondere von 2 mm bis 3 mm, aufweisen.
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Die fluiddichtende mechanische Kopplung kann eine stoffschlüssige Verbindung sein, beispielsweise eine Löt-, Schweiß- oder Klebeverbindung. Alternativ kann die fluiddichtende mechanische Kopplung auch mittels einer separaten Dichtung, insbesondere einer Gummidichtung, beispielsweise einem O-Ring, erfolgen. Es ist auch möglich, dass die fluiddichtende mechanische Kopplung in manchen Bereichen als stoffschlüssige Verbindung und in anderen Bereichen mittels einer separaten Dichtung verwirklicht ist.
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Die Schweißverbindung kann eine Schweißverbindung sein, die mittels eines Schweißverfahrens hergestellt ist, das zusätzliches Schweißgut nutzt, beispielsweise mittels eines MIG-Schweißverfahrens (Metallschweißen mit inerten Gasen). Die Schweißverbindung kann jedoch auch mit anderen Schweißverfahren, beispielsweise einem Strahlschweißverfahren, hergestellt sein. Gegebenenfalls kann die Schweißverbindung weiterhin nachbearbeitet sein.
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In manchen Ausführungsbeispielen kann der Grundkörper einen Trennsteg aufweisen, der die Aussparung in Umfangsrichtung des Grundkörpers unterbricht, wobei die erste Anschlusskante und die zweite Anschlusskante des Mantelelements mit dem Trennsteg fluiddichtend mechanisch gekoppelt sind. Die Anschlusskanten lassen sich aufgrund einer besseren Zugänglichkeit einfach an dem Trennsteg koppeln, insbesondere verschweißen. Insbesondere kann die durch einen Schweißprozess bedingte Längendehnung des Mantelelements in Umfangsrichtung durch einen Vorhalt am Schweißstoß des Trennstegs ausgeglichen werden.
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Vorzugsweise erstreckt sich der Trennsteg parallel zu einer Längsachse des Grundkörpers. Alternativ kann sich der Trennsteg auch entlang einer Schraubenlinie mit großer Steigung über eine Ausdehnung der Aussparung in Längsrichtung des Grundkörpers erstrecken. Die Steigung kann 1 oder mehr betragen.
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Der Trennsteg kann einteilig mit dem Grundkörper ausgebildet sein. Beispielsweise kann der Trennsteg ein angegossener Trennsteg sein. Alternativ kann der Trennsteg als separater Trennsteg ausgebildet sein, der in die Aussparung eingesetzt ist und im Bereich der Aussparung mit dem Grundkörper verbunden ist. Vorzugsweise ist der Trennsteg im Bereich der Aussparung fluiddicht mit dem Grundkörper verschweißt, verlötet oder verklebt.
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Weist die Außenseite des Grundkörpers eine grundlegende Form auf, die sich von der Mantelfläche eines Kreiszylinders unterscheidet, kann der Trennsteg in einem Bereich angeordnet sein, in dem die Grundfläche der die grundlegende Form der Außenseite des Grundkörpers bildenden Mantelfläche des Zylinders eine minimale Krümmung aufweist.
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Eine Höhe des Trennstegs kann beispielsweise einer Tiefe der Aussparung, insbesondere einer maximalen Tiefe der Aussparung, im Grundkörper entsprechen oder geringer als diese sein. Die Anschlusskanten des Mantelelements können jeweils in Bereichen nahe der Aussparung mit dem Trennsteg gekoppelt sein, so dass ein sichtbarer Trennsteg vorliegt. Alternativ kann das Mantelelement den Grundkörper entlang des gesamten Umfangs des Grundkörpers umspannen, so dass der Trennsteg unterhalb einer Verbindung der Anschlusskanten liegt und von dem Mantelelement vollständig bedeckt ist.
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In manchen Ausführungsbeispielen kann der Trennsteg in einer Außenfläche des Trennstegs eine erste Durchgangsöffnung aufweisen, die in die Aussparung des Grundkörpers mündet. Die erste Durchgangsöffnung kann eine Zufuhröffnung zum Zuführen von Kühlflüssigkeit in die Aussparung oder eine Abfuhröffnung zum Abführen von Kühlflüssigkeit aus der Aussparung sein. Die erste Durchgangsöffnung kann im Bereich der Außenfläche einen kreisförmigen Durchmesser aufweisen und sich im Bereich der Aussparung zu einem breiten Schlitz verändern, der in die Aussparung mündet.
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In manchen Ausführungsbeispielen kann der Trennsteg in seiner Außenfläche eine zweite Durchgangsöffnung aufweisen, die in die Aussparung mündet, wobei die erste Durchgangsöffnung und die zweite Durchgangsöffnung an entgegengesetzten Flanken des Trennstegs in die Aussparung münden. Beispielsweise kann die erste Durchgangsöffnung eine Zufuhröffnung zum Zuführen von Kühlflüssigkeit in die Aussparung sein und die zweite Durchgangsöffnung eine Abfuhröffnung zum Abführen von Kühlflüssigkeit aus der Aussparung.
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Die zweite Durchgangsöffnung kann ebenfalls im Bereich der Außenfläche einen kreisförmigen Durchmesser aufweisen und sich im Bereich der Aussparung zu einem breiten Schlitz verändern, der in die Aussparung mündet.
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Da die Durchgangsöffnungen an entgegengesetzten Flanken des Trennstegs in die Aussparung münden, dient der Trennsteg neben der vereinfachten Kopplung des Mantelelements an dem Grundkörper auch der Trennung von Warm- und Kaltwasser.
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Zusätzlich oder alternativ kann der Grundkörper eine oder mehrere weitere Durchgangsöffnungen aufweisen, die die Außenseite des Grundkörpers insbesondere im Bereich der längsseitigen Enden des Grundkörpers mit der Aussparung verbinden. Auch das Mantelelement kann Durchgangsöffnungen aufweisen, die von einer Außenseite des Mantelelements in die Aussparung münden. Die Durchgangsöffnungen im Grundkörper und/oder im Mantelelement können wiederum für die Zufuhr und/oder Abfuhr von Kühlflüssigkeit vorgesehen sein.
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Jede der Durchgangsöffnungen kann mit einem Stutzen versehen sein. Der Stutzen kann in die Durchgangsöffnung eingeschraubt oder eingesetzt, beispielsweise eingeschlagen und/oder auf die Durchgangsöffnung aufgeschweißt, sein.
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Der Trennsteg kann auch einen oder mehrere Kanäle aufweisen, die sich zwischen den Flanken des Trennstegs erstrecken und einen Durchfluss von Kühlflüssigkeit durch den Trennsteg in Umfangsrichtung des Grundkörpers erlauben.
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In manchen Ausführungsbeispielen kann der Grundkörper eine die Aussparung begrenzende Auflageumrandung zum Auflegen des Mantelelements aufweisen. Die Auflageumrandung kann der Vorbereitung der mechanischen Kopplung zwischen dem Mantelelement und dem Grundkörper dienen. Durch die Auflageumrandung wird die Kopplung zwischen dem Mantelelement und dem Grundkörper vereinfacht und die Qualität der fluiddichten Kopplung verbessert.
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Sofern der Grundkörper einen Trennsteg aufweist, kann sich die Auflageumrandung auch entlang des Trennsteges erstrecken. Die Auflageumrandung im Bereich des Trennstegs kann somit die Anschlusskanten des Mantelelements stützen, so dass die Anschlusskanten einfach mit dem Trennsteg gekoppelt werden können. Das Mantelelement weist vorzugsweise eine Form auf, die einer Kontur der Auflageumrandung auf einer der Aussparung abgewandten Seite der Auflageumrandung entspricht.
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Die Auflageumrandung kann beispielsweise in die Außenseite des Grundkörpers eingelassen sein. Die Auflageumrandung kann eine Tiefe aufweisen, die einer Dicke des Mantelelements entspricht oder geringer als die Dicke des Mantelelements ist. Alternativ oder zusätzlich kann die Auflageumrandung durch eine Wulst an der Außenseite des Grundkörpers gebildet sein, die die Aussparung in einem vorgegebenen Abstand umläuft. Die Wulst kann eine Höhe aufweisen, die der Dicke des Mantelelements entspricht oder geringer als diese ist. Ist die Auflageumrandung durch eine Kombination aus einer Vertiefung und einer Wulst an der Außenseite des Grundkörpers gebildet, kann eine Summe aus der Tiefe der Vertiefung und der Höhe der Wulst der Dicke des Mantelelements entsprechen oder geringer als diese sein.
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In manchen Ausführungsbeispielen kann die Aussparung des Grundkörpers eine Kühlstruktur aufweisen. Die Kühlstruktur kann beispielsweise Kühlrippen und/oder Kühlnoppen aufweisen. Die Kühlrippen und/oder Kühlnoppen können entlang der Umfangsrichtung ausgerichtet bzw. angeordnet sein oder mäanderförmig in der Aussparung angeordnet sein. Eine Höhe der Kühlrippen kann so gewählt sein, dass das Mantelelement, wenn es an dem Grundkörper anliegt, beabstandet von den Kühlrippen und/oder Kühlnoppen ist oder auf den Kühlrippen und/oder Kühlnoppen aufliegt. Die Kühlrippen und/oder Kühlnoppen können auch unterschiedliche Höhen aufweisen. Beispielsweise kann eine Höhe der Kühlrippen und/oder Kühlnoppen geringer als die Tiefe der Aussparung sein oder dieser entsprechen.
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Die Kühlstruktur dient der Verbesserung der Kühlleistung und der Festigkeitssteigerung des Grundkörpers. Sie erhöht die wirksame Kühloberfläche in Richtung Kühlmedium und trägt maßgeblich zu einer Verbesserung der Steifigkeit gegenüber Biege- und Tangentialspannungen bei. Auch sorgt sie für eine gezielte Führung des Kühlmediums. Durch eine raue Gussoberfläche kann außerdem eine turbulente Oberflächenströmung gefördert werden und der Wärmeübergang zwischen innerem Kühlmantel und Kühlmedium verbessert werden, wohingegen durch eine glatte Oberfläche des Mantelelements die Strömungsverluste minimiert werden können.
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Ist ein Trennsteg vorgesehen, können in einem oder mehreren Bereichen der Aussparung, die an die Flanken des Trennstegs angrenzen, Sammelbereiche vorgesehen sein, die frei von Kühlrippen und/oder Kühlnoppen sind, so dass an der Ein- und Auslassseite eine Querströmung stattfinden kann. So kann sich Kühlflüssigkeit über die gesamte Ausdehnung der Aussparung in Längsrichtung des Grundkörpers verteilen und die Aussparung in Umfangsrichtung durchströmen. Anschließend kann sich die Kühlflüssigkeit in dem Sammelbereich angrenzend an die andere Flanke des Trennsteges sammeln und über die Durchgangsöffnung aus der Aussparung austreten. Die Sammelbereiche können vorzugsweise in Bereichen der Aussparung vorgesehen sein, deren Tiefe in Umfangsrichtung maximal oder zumindest größer als eine minimale Tiefe der Aussparung in Umfangsrichtung ist. Dadurch können große Sammelbereiche entstehen, die eine optimale Verteilung des Kühlmediums parallel zur Längsachse des Grundkörpers zulassen.
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In manchen Ausführungsbeispielen kann die Aussparung eine Stützstruktur aufweisen, die als Auflage des Mantelelements dient. Die Stützstruktur kann beispielsweise Stützrippen und/oder Stütznoppen aufweisen, deren Höhe so gewählt ist, dass das Mantelelement, wenn es an dem Grundkörper anliegt, auf den Stützrippen und/oder Stütznoppen aufliegt. Die Stützrippen und/oder Stütznoppen sind vorzugsweise entlang der Umfangsrichtung des Grundkörpers ausgerichtet, können aber auch mäanderförmig in der Aussparung angeordnet sein.
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Die Stützstruktur dient dazu, die Maßhaltigkeit des Mantelelements nach dem Schweißen zu verbessern und akustische Auffälligkeiten durch einen undefinierten bzw. wechselnden Kontakt zwischen Mantelelement und Kühlstruktur zu vermeiden. Auf der Stützstruktur kann das Mantelelement vor dem Schweißvorgang aufgespannt werden, so dass im Bereich des Kühlmantels, zwischen den seitlichen Schweißnähten, definierte Kontaktstellen entstehen. Durch die Ausdehnung beim Schweißen und das anschließende Zusammenziehen des Mantelelements in einer Abkühlungsphase, kann eine Verspannung weiter erhöht werden. Die Stützstruktur kann den Kühlmantel in umlaufende Kühlkanäle mit jeweils einer Kühlstruktur aufteilen.
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Gegebenenfalls können ausgewählte oder alle Kühlrippen und/oder Kühlnoppen auch als Stützrippen und/oder Stütznoppen dienen bzw. die Stützrippen und/oder Stütznoppen als Kühlrippen und/oder Kühlnoppen dienen.
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Das Kühlgehäuse kann mehrere Aussparungen aufweisen, die durch eine entsprechende Anzahl an Trennstegen voneinander unterbrochen sind. Die Aussparungen können von einer einzigen Mantelelementkomponente fluiddicht abgedeckt sein. Alternativ kann jede Ausnehmung oder eine Gruppe von Ausnehmungen von jeweils einer Mantelelementkomponente fluiddicht abgedeckt sein. Die Trennstege können wie oben ausgeführt ausgebildet sein. Weist die Außenseite des Grundkörpers eine grundlegende Form auf, die sich von der Mantelfläche eines Kreiszylinders unterscheidet, können die Trennstege in Bereichen angeordnet sein, in denen die Grundfläche der die grundlegende Form der Außenseite des Grundkörpers bildenden Mantelfläche des Zylinders minimale Krümmungen aufweist.
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Das Kühlgehäuse kann weiterhin ein Lagerschildsystem aufweisen, das ein Lagerschild und einen Lagerschilddeckel umfassen kann. Beispielsweise kann das Lagerschildsystem stirnseitig mit dem Grundkörper verbindbar sein.
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Die vorliegende Erfindung betrifft weiterhin einen Wärmetauscher, insbesondere Röhren- bzw. Rohrwärmetauscher, der wie das oben beschriebene Kühlgehäuse für die elektrische Maschine ausgebildet ist.
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Die vorliegende Erfindung betrifft weiterhin eine elektrische Maschine mit einem Stator, einem Rotor und ein erfindungsgemäßes Kühlgehäuse, wobei das Kühlgehäuse auf den Stator aufgeschrumpft ist. Außerdem betrifft die vorliegende Erfindung ein Antriebssystem mit einer solchen elektrischen Maschine, die mit einem Getriebe gekoppelt ist, und ein Kraftfahrzeug mit einer solchen elektrischen Maschine.
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Die vorliegende Erfindung betrifft weiterhin ein Verfahren zum Herstellen eines Kühlgehäuses für eine elektrische Maschine, insbesondere eines Kühlgehäuses, wie es oben beschrieben wurde.
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Gemäß dem Verfahren wird zunächst ein Grundkörper, beispielsweise ein Statorträger, zum Aufnehmen der elektrischen Maschine bereitgestellt, der in seiner Außenfläche eine sich in Umfangsrichtung des Grundkörpers ausdehnende Aussparung aufweist. Der Grundkörper kann wie oben ausführlich mit Bezug auf das Kühlgehäuse beschrieben ausgebildet sein. Zum Bereitstellen eines Grundkörpers kann ein Gießverfahren zum Einsatz kommen, zum Beispiel ein Kokillengießverfahren, ein Druckgießverfahren oder ein anderes Gießverfahren. Alternativ kann der Grundkörper auch aus einem Rohling durch spanende Bearbeitung bereitgestellt werden. Das Bereitstellen kann auch lediglich umfassen, dass ein zuvor geformter Statorträger zur Verfügung gestellt wird.
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Außerdem wird ein gebogenes Mantelelement, beispielsweise ein Mantelblech, das insbesondere elastisch ist, bereitgestellt. Das gebogene Mantelelement weist eine erste Stirnseite, eine durch eine Manteloberfläche des Mantelelements von der ersten Stirnseite beabstandete, zweite Stirnseite und eine Unterbrechung auf, die sich entlang einer auf der Manteloberfläche verlaufenden Verbindungslinie zwischen der ersten Stirnseite und der zweiten Stirnseite des Mantelelements erstreckt und durch eine erste Anschlusskante und eine der ersten Anschlusskante gegenüberliegende, zweite Anschlusskante festgelegt ist. Das Mantelelement ist wie oben ausführlich mit Bezug auf das Kühlgehäuse beschrieben ausgebildet. Zum Bereitstellen des Mantelelements kann beispielsweise ein Blech aus Metall oder Kunststoff zurechtgeschnitten werden und gegebenenfalls zu einem hohlzylindersektorähnlichen Mantelelement gebogen werden.
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Anschließend wird das Mantelelement auf den Grundkörper derart aufgelegt, dass das Mantelelement die Aussparung abdeckt. Dazu kann das zugeschnittene Blech um den Grundkörper herumgebogen werden oder das hohlzylindersektorähnliche Mantelelement aufgespreizt und um den Grundkörper herumgelegt werden. Weist der Grundkörper eine Auflageumrandung auf, so kann das Mantelelement vorzugsweise so positioniert sein, dass die Stirnseitenkanten und, wenn der Grundkörper auch einen Trennsteg aufweist, auch die Anschlusskanten und gegebenenfalls die Übergangskanten auf der Auflageumrandung aufliegen.
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Weiterhin wird, während das Mantelelement die Aussparung im Grundkörper abdeckt und an dem Grundkörper anliegt, die erste Anschlusskante und die zweite Anschlusskante des Mantelelements miteinander und/oder mit dem Grundkörper fluiddichtend mechanisch gekoppelt. Zudem können auch die Stirnseitenkanten und gegebenenfalls die Übergangskanten des Mantelelements mit dem Grundkörper fluiddichtend mechanisch gekoppelt werden.
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In manchen Ausführungsbeispielen kann das Mantelelement fluiddicht mit dem Grundkörper gekoppelt werden, indem es stoffschlüssig mit dem Grundkörper verbunden wird, beispielsweise verschweißt, verlötet oder verklebt wird. Vorzugsweise kann dabei ein Schweißverfahren zum Einsatz kommen, das zusätzliches Schweißgut nutzt, beispielsweise ein MIG-Schweißverfahren (Metallschweißen mit inerten Gasen). Schweißverfahren mit zusätzlichem Schweißgut ermöglicht durch den Eintrag des Schweißguts eine gute Spaltüberbrückbarkeit auch bei ungünstigen Toleranzen und damit auch eine verbesserte Dichtwirkung gegenüber Schweißverfahren ohne zusätzliches Schweißgut, beispielsweise Strahlschweißverfahren. Der Schweißvorgang findet vorzugsweise an einem gegossenen Rohteil statt, so dass auftretender Verzug infolge eines Wärmeeintrages später durch eine finale, spanende Bearbeitung ausgeglichen werden kann.
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Alternativ kann das Mantelelement auch mittels einer separaten Dichtung, beispielsweise einer Gummidichtung wie einem oder mehreren O-Ringen, mit dem Grundkörper verbunden werden.
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Falls der Grundkörper einen separaten Trennsteg aufweist, kann das Verfahren weiterhin das Bereitstellen des Trennstegs und das Verbinden des Trennstegs mit dem Grundkörper im Bereich der Aussparung umfassen. Der separate Trennsteg kann beispielsweise gegossen und/oder durch spanende Bearbeitung hergestellt werden. Der Trennsteg kann mit dem Grundkörper beispielsweise verschweißt, verlötet oder verklebt werden.
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Gemäß dem Verfahren können in dem Grundkörper, insbesondere dem Trennsteg, und/oder dem Mantelelement weiterhin eine oder mehrere Durchgangsöffnungen zum Zuführen und/oder Abführen von Kühlflüssigkeit gebildet werden, die gegebenenfalls mit einem Anschlussstutzen versehen werden.
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Vorzugsweise wird die Dichtigkeit der mit dem Mantelelement abgedeckten Aussparung nach dem Koppeln des Mantelelements mit dem Grundkörper getestet. Stellt sich dabei heraus, dass Undichtigkeiten entlang den Dichtstellen existieren, werden die Dichtstellen nachbearbeitet, beispielsweise durch Schweißen. Durch die außenliegenden Schweißnähte können auftretende Fehlstellen einfach detektiert und nachgearbeitet werden, beispielsweise indem die Naht lokal verflüssigt wird, um Poren mit der entstandenen Schmelze zu schließen. Hierzu kann ein beliebiges Schweißverfahren genutzt werden, vorzugsweise ein WIG-Schweißverfahren (Wolfram-Inert-Gas Schweißverfahren).
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Gemäß dem Verfahren kann das Kühlgehäuse vorzugsweise nach dem fluiddichtenden Koppeln des Mantelelements mit dem Grundkörper auf einen Stator der elektrischen Maschine aufgeschrumpft werden. Weiterhin kann ein Lagerschildsystem an dem Grundkörper befestigt werden, um den Rotor stirnseitig zu schützen. Das Lageschildsystem kann an dem Grundkörper verschraubt werden.
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Ausführungsbeispiele der Erfindung werden nun beispielhaft und unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen beschrieben. Es zeigen:
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1 eine Explosionsdarstellung eines Antriebs mit einer elektrischen Maschine, die ein erfindungsgemäßes Kühlgehäuse aufweist;
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2 eine schematische Darstellung eines ersten Ausführungsbeispiels eines erfindungsgemäßen Kühlgehäuses;
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3 eine schematische Darstellung eines Grundkörpers des erfindungsgemäßen Kühlgehäuses des ersten Ausführungsbeispiels;
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4 eine schematische Darstellung eines Mantelblechs des erfindungsgemäßen Kühlgehäuses des ersten Ausführungsbeispiels;
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5 eine schematische Darstellung des Grundkörpers des ersten Ausführungsbeispiels, wobei der Bereich des Trennstegs als Draufsicht gezeigt ist;
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6 eine schematische Darstellung des Grundkörpers des ersten Ausführungsbeispiels, wobei der Bereich des Trennstegs als Seitensicht gezeigt ist;
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7 ein Verfahren zum Herstellen des erfindungsgemäßen Kühlgehäuses des ersten Ausführungsbeispiels;
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8 eine Querschnittsdarstellung eines zweiten Ausführungsbeispiels eines erfindungsgemäßen Kühlgehäuses, und
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9 ein vergrößerter Ausschnitt der Querschnittsdarstellung aus 8.
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1 zeigt eine Explosionsdarstellung eines elektrischen Antriebs 1 für ein Kraftfahrzeug. Der Antrieb 1 weist eine elektrische Maschine 10, ein Kühlgehäuse 11 mit einem angegossenen Lagerschild (nicht gezeigt) und ein angeschraubtes Lagerschild 12 auf.
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Die elektrische Maschine 10 enthält einen Stator 100 und einen Rotor 13, der in dem gegossenen Lagerschild und dem aufgeschraubten Lagerschilder 12 gelagert ist. Das Kühlgehäuse 11 weist einen angegossenen Statorträger 2 und ein Mantelblech 3 auf. Der Stator 100 der elektrischen Maschine 10 ist in der Darstellung der 1 teilweise in das Kühlgehäuse 11 eingeführt und ist im zusammengebauten Zustand vollständig von dem Kühlgehäuse 11 aufgenommen. Das angeschraubte Lagerschild 12 ist schildartig ausgebildet und dient zusammen mit dem angegossenen Lagerschild der Lagerung des Rotors 13 im Stator 100. Das Lagerschild 12 deckt, wenn der Rotor 13 in dem Stator 100 geschoben ist und die elektrische Maschine 10 in dem Kühlgehäuse 11 aufgenommen ist, eine erste Stirnseite des Kühlgehäuses 11 ab und ist mit dem Kühlgehäuse 11 verschraubt, um den Stator 100 zu fixieren und die elektrische Maschine 10 seitlich vor Umwelteinflüssen zu schützen.
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Ein erstes Ausführungsbeispiel des Kühlgehäuses 11 sowie des Statorträgers 2 und des Mantelblechs 3 wird nun mit Bezug auf die 2 bis 6 im Detail beschrieben.
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Der Statorträger 2 ist ein hohlzylinderähnlicher Körper mit einer Innenoberfläche 20, einer außenseitigen Manteloberfläche 21, einer offenen ersten Stirnseite 22 und einer teilweise geschlossenen zweiten Stirnseite 23, wobei die zweite Stirnseite 23 durch das angegossene Lagerschild teilweise geschlossen ist. Die Innenoberfläche 20 legt einen kreiszylindrischen Hohlraum zur Aufnahme der elektrischen Maschine 10 fest, dessen Größe an die Ausdehnung des Stators 100 der elektrischen Maschine 10 angepasst ist.
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An der Manteloberfläche 21 weist der Statorträger 2 eine Aussparung 24 und einen Trennsteg 25 auf. Die Aussparung 24 ist beabstandet zu der ersten Stirnseite 22 und der zweiten Stirnseite 23 positioniert und erstreckt sich in Richtung einer Längsachse L des Kühlgehäuses 11 über ca. ¾ einer Länge des Statorträgers 2. Die Aussparung 24 erstreckt sich weiterhin in eine Umfangsrichtung U des Kühlgehäuses 11 und wird in Umfangsrichtung U von dem Trennsteg 25 unterbrochen. Der Trennsteg 25 erstreckt sich parallel zur Längsachse L des Kühlgehäuses 11 und weist eine Außenoberfläche 250 sowie eine erste Flanke 251 und eine zweite Flanke 252 auf, die die Aussparung 24 bereichsweise begrenzen. Zudem weist die Manteloberfläche 21 benachbart zu der ersten Stirnseite 22 und der zweiten Stirnseite 23 mehrere Schraubbutzen 26 zum Fixieren des Lagerschilds 12 bzw. eines Getriebes sowie andere hervorstehende Anschlusselemente auf, die aus der Manteloberfläche 21 hervorragen.
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Der Trennsteg 25 weist in seiner Außenoberfläche 250 eine erste Durchgangsöffnung 253 und eine zweite Durchgangsöffnung 254 auf, in die Anschlussstutzen 4 eingeschlagen sind. Die erste Durchgangsöffnung 253 mündet an der ersten Flanke 251 des Trennstegs 25 in die Aussparung 24 und die zweite Durchgangsöffnung 254 mündet an der zweiten Flanke 252 des Trennstegs 25 in die Aussparung 24. Die Durchgangsöffnungen 253, 254 weisen im Bereich der Außenoberfläche 250 einen kreisförmigen Durchmesser auf und verbreitern sich im Bereich der jeweiligen Flanke 251, 252 des Trennstegs 25 zu einem breiten Schlitz 2530, wie 6 zeigt. Über die erste Durchgangsöffnung 253 erfolgt die Zufuhr von Kühlwasser in die Aussparung 24 und über die zweite Durchgangsöffnung 254 erfolgt die Abfuhr des Kühlwassers aus der Aussparung 24. Die Zufuhr des Kühlwassers ist in den 5 und 6 durch die Pfeile Z gekennzeichnet und die Abfuhr des Kühlwassers ist durch die Pfeile A gekennzeichnet. Der Trennsteg 25 sorgt somit für eine räumliche Trennung von Zu- und Ablauf sowie eine in Umfangsrichtung U gerichtete Strömung S des Kühlwassers durch die Aussparung 24.
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Die Aussparung 24 weist eine Kühlstruktur mit mehreren Kühlrippen 240 auf, die sich entlang der Umfangsrichtung U des Kühlgehäuses 2 durch die Aussparung 24 erstrecken. Angrenzend an die erste Flanke 251 des Trennstegs 25 weist die Aussparung 24 einen Sammelbereich 241 für frisches, kaltes Kühlwasser auf, so dass sich das Kühlwasser in Längsrichtung L über die gesamte Ausdehnung der Aussparung 24 verteilen kann. Angrenzend an die zweite Flanke 252 des Trennstegs 25 weist die Aussparung 24 einen Sammelbereich 242 für erwärmtes Kühlwasser auf, so dass das Kühlwasser, das entlang der Kühlrippen geströmt ist, aufgefangen und abgeführt werden kann. Indem der Zu- und Ablauf des Kühlwassers möglichst symmetrisch über die Länge des Kühlgehäuses 11 verteilt sind, wird eine gleichmäßige Durchströmung des Kühlgehäuses 11 erreicht, da sich die Druckverluste bzw. Längen der einzelnen Ströme gegenseitig kompensieren.
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Die Aussparung 24 ist von einer Auflageumrandung 27 umgeben, die in die Manteloberfläche 20 eingelassen ist. Die Auflageumrandung 27 verläuft entlang der ersten Flanke 251 des Trennstegs 25, entlang einer in Umlaufrichtung U verlaufenden ersten Begrenzung 243 der Aussparung 24, entlang der zweiten Flanke 252 des Trennstegs 25 und entlang einer in Umlaufrichtung U verlaufenden zweiten Begrenzung 244 der Aussparung 24.
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Das Mantelblech 3 ist ein zu einem Hohlzylindersektor mit abgerundeten Übergangsbereichen gebogenes Blech aus einer Aluminiumlegierung. Das Mantelelement 3 weist eine Innenoberfläche 30, eine Außenoberfläche 31, eine erste Stirnseite 32 und eine zweite Stirnseite 33 auf. Die Innenoberfläche 30 und die Außenoberfläche 31 weisen eine Unterbrechung 34 auf, die durch eine erste Anschlusskante 340 und eine zweite Anschlusskante 341 festgelegt ist. Im Bereich der ersten Stirnseite 32 weist das Mantelelement 3 eine erste Stirnseitenkante 320 auf und im Bereich der zweiten Stirnseite 33 weist das Mantelelement 3 eine zweite Stirnseitenkante 330 auf. Die abgerundeten Übergangsbereiche sind durch Übergangskanten zwischen den Stirnseitenkanten 320, 330 und den Anschlusskanten 340, 341 festgelegt.
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Das Mantelblech 3 ist mit dem Statorträger 2 entlang einer in 2 gezeigten, umlaufenden Schweißnaht 28 verschweißt. Das Mantelblech 3 liegt mit seinen Kanten 320, 330, 340, 341 auf der Auflageumrandung 27 auf und deckt die Aussparung 24 vollständig ab. Das Mantelblech 3 ist entlang aller Kanten des Mantelblechs 3 mit dem Statorträger 2 fluiddicht verschweißt und schließt den Kühlmantel nach außen.
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Nachfolgend wird mit Bezug auf 7 ein Verfahren 5 zum Herstellen eines Kühlgehäuses 11 gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel beschrieben.
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Bei 50 wird ein Statorträger 2, wie er oben beschrieben wurde, bereitgestellt. Dazu wird ein zuvor mittels eines Kokillengießverfahrens hergestelltes, nicht spanend bearbeitetes Rohteil in Form des oben beschriebenen Statorträgers zur Verfügung gestellt.
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Bei 51 wird ein Mantelblech 3, wie es oben beschrieben wurde, bereitgestellt. Dazu wird ein Blech zu einem Rechteck mit abgerundeten Ecken so zugeschnitten, dass eine Länge der späteren Anschlusskanten 340, 341 um eine doppelte Breite der Auflageumrandung 27 länger als die Flanken 250, 251 des Trennstegs 25 sind und dass eine Länge der späteren Stirnseitenkanten 320, 330 um eine doppelte Breite der Auflageumrandung 27 länger als die Begrenzungen 243, 244 der Aussparung 24 sind. Anschließend wird das Blech zu dem hohlzylindersektorähnlichen Mantelblech gebogen.
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Bei 52 wird das Mantelblech 3 derart an den Statorträger 2 angelegt, dass das Mantelblech 3 die Aussparung 24 abdeckt. Dazu wird das Mantelblech 3 elastisch aufgespreizt und so um den Statorträger 2 gelegt, dass die erste Stirnseitenkante 320 im Bereich der ersten Begrenzung 243 der Aussparung 24 auf der Auflageumrandung 27 aufliegt, die zweite Stirnseitenkante 330 im Bereich der zweiten Begrenzung 244 der Aussparung 24 auf der Auflageumrandung 27 aufliegt, die erste Anschlusskante 340 im Bereich der ersten Flanke 251 des Trennstegs 25 auf der Auflageumrandung 27 aufliegt und die zweite Anschlusskante 341 im Bereich der zweiten Flanke 252 des Trennstegs 25 auf der Auflageumrandung 27 aufliegt.
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Bei 53 wird das Mantelblech 3 fluiddicht mit dem Statorträger 2 mittels eines MIG-Schweißverfahrens verschweißt, während das Mantelblech 3 die Aussparung 24 im Statorträger 2 abdeckt und an diesem anliegt. Dazu wird im Bereich der Auflageumrandung 27 eine umlaufende Schweißnaht 28 erzeugt, die jede der Kanten 320, 330, 340, 341 des Mantelblechs 3 fluiddicht mit dem Statorträger 2 verbindet.
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Bei 54 wird die Dichtigkeit der Schweißnaht 28 getestet. Dazu wird über die erste Durchgangsöffnung 253 bspw. Luft in die mit dem Mantelblech 3 verschlossene Aussparung 24 eingelassen und die zweite Durchgangsöffnung 254 verschlossen. Es wird geprüft, ob der Druck über einen definierten Zeitraum aufrechterhalten werden kann.
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Erfolgt kein Druckabfall, kann das Kühlgehäuse 11 weiterverarbeitet werden, beispielsweise auf einen Stator 100 aufgeschrumpft werden. Anderenfalls werden die undichten Stellen in der Schweißnaht 28 ermittelt und mittels eines WIG-Schweißverfahrens nachgearbeitet und abgedichtet.
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Die 8 und 9 zeigen ein zweites Ausführungsbeispiel eines Kühlgehäuses 11‘. Das Kühlgehäuse 11‘ weist einen Statorträger 2‘ und ein Mantelblech 3 auf.
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Der Statorträger 2‘ weist ähnlich wie der Statorträger 2 des ersten Ausführungsbeispiels einen hohlzylinderförmigen Körper auf, der an seiner Außenseite 21 eine Aussparung 24 und einen Trennsteg (in den 7 und 8 nicht gezeigt) aufweist. Die Aussparung 24 ist von einer Auflageumrandung 27 umgeben.
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Im Gegensatz zum Statorträger 2 des ersten Ausführungsbeispiels weist die Aussparung 24 des Statorträgers 2‘ des zweiten Ausführungsbeispiels eine Stützstruktur in Form von zwei Stützrippen 244 auf, die in Umfangsrichtung U des Kühlgehäuses 11‘ verlaufen. Die Stützrippen 244 weisen eine Höhe auf, die in etwa einer Tiefe der Aussparung 24 entspricht und unterteilen die Aussparung 24 in Richtung der Längsachse L des Kühlgehäuses in drei symmetrische, umlaufende Kühlkanäle, die jeweils sechs, sich in Umfangsrichtung U erstreckende Kühlrippen 240 aufweisen. Die Stützrippen 244 formen definierte Kontaktstellen mit dem Mantelblech 3 und vermeiden einen Kontakt zwischen den Kühlrippen 240 und damit unerwünschte akustische bzw. strömungstechnische Nebeneffekte.
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Weiterhin weist der Statorträger 2‘ eine die Auflageumrandung 27 umlaufende Wulst 29 auf. Die Wulst 29 ist derart ausgebildet, dass sie mit dem Mantelblech 3 eine keilförmige Nut zwischen dem Mantelblech 3 und dem Statorträger 2‘ bildet, in die beim Schweißen zusätzliches Schweißgut eingelegt werden kann, um die Qualität der Schweißnaht zu steigern und die Dichtigkeit zu verbessern.
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Das Mantelblech 3 ist wie mit Bezug auf das erste Ausführungsbeispiel ausgebildet. Wiederum ist das Mantelblech 3 umlaufend mit dem Statorträger 2‘ verschweißt, um die Aussparung 24 fluiddicht abzudecken.
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Zusammenfassend lässt sich das erfindungsgemäße Kühlgehäuse für eine elektrische Maschine einfach und kostengünstig herstellen und ist sehr robust. Das Kühlgehäuse kann als Gussteil ohne einen verlorenen Kern, wie er für die Herstellung eines "eingegossenen Kühlwassermantel" nötig ist, und als ein einziges Gussteil hergestellt werden. Im Vergleich zum "gebauten Kühlwassermantel" bestehen keine Dichtstellen in Richtung des E-Maschinenraums. Somit wird die Robustheit gesteigert und Folgeschäden bei einem möglichen Versagen der Dichtstellen werden reduziert. Das Anbringen des Mantelbleches lässt sich automatisiert und in Serie mit einem MIG-Schweißprozess durchführen.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Antrieb
- 10
- elektrische Maschine
- 11, 11‘
- Kühlgehäuse
- 12
- Lagerschild
- 13
- Rotor
- 2, 2‘
- Statorträger
- 20
- Innenoberfläche
- 21
- außenseitige Manteloberfläche
- 22
- erste Stirnseite
- 23
- zweite Stirnseite
- 24
- Aussparung
- 240
- Kühlrippen
- 241
- Sammelbereich für frisches Kühlwasser
- 242
- Sammelbereich für erwärmtes Kühlwasser
- 243
- erste Begrenzung
- 244
- zweite Begrenzung
- 245
- Stützrippen
- 25
- Trennsteg
- 250
- Außenoberfläche
- 251
- erste Flanke
- 252
- zweite Flanke
- 253
- erste Durchgangsöffnung
- 2530
- breiter Schlitz
- 254
- zweite Durchgangsöffnung
- 26
- Schraubbutzen
- 27
- Auflageumrandung
- 28
- Schweißnaht
- 29
- umlaufende Wulst
- 3
- Mantelblech
- 30
- Innenoberfläche
- 31
- Außenoberfläche
- 32
- erste Stirnseite
- 320
- erste Stirnseitenkante
- 33
- zweite Stirnseite
- 330
- zweite Stirnseitenkante
- 34
- Unterbrechung
- 340
- erste Anschlusskante
- 341
- zweite Anschlusskante
- 4
- Anschlussstutzen
- 5
- Herstellungsverfahren
- 50
- Bereitstellen eines Statorträgers
- 51
- Bereitstellen eines Mantelblechs
- 52
- Anlegen des Mantelblechs an den Statorträger
- 53
- Verschweißen des Mantelblechs an dem Statorträger
- 54
- Prüfen der Dichtigkeit
- L
- Längsachse
- U
- Umfangsrichtung
- Z
- Kühlwasserzufuhr
- A
- Kühlwasserabfuhr
- S
- Strömung des Kühlwassers
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 102010042259 A1 [0005]
- DE 102010040399 A1 [0005]
- DE 102006044785 A1 [0005]
