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Die Erfindung betrifft einen Statorträger für eine elektrische Maschine, insbesondere eines Kraftwagens, gemäß dem Oberbegriff von Patentanspruch 1.
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Derartige Statorträger für elektrische Maschinen, insbesondere von Kraftwagen, sind aus dem allgemeinen Stand der Technik bereits hinlänglich bekannt. Ein solcher Statorträger weist eine Mehrzahl von Kühlkanälen auf, welche von einem Kühlmedium, insbesondere einer Kühlflüssigkeit, zum Kühlen des Statorträgers und somit der elektrischen Maschine insgesamt durchströmbar sind. In fertig hergestelltem Zustanden der elektrischen Maschine weist diese einen Stator mit wenigstens einem Statorträger auf, welcher üblicherweise wenigstens ein Blechpaket umfasst. Ferner umfasst die elektrische Maschine in ihrem fertig hergestellten Zustand einen Läufer, welcher relativ zu dem Stator bewegbar ist. Der Läufer ist beispielsweise als Rotor ausgebildet, welcher um eine Drehachse relativ zu dem Stator drehbar ist. An dem Stator sind beispielsweise Bauelemente der elektrischen Maschine gehalten. Insbesondere können an dem Statorträger elektrische Bauelemente, insbesondere Spulen beziehungsweise Wicklungen, der elektrischen Maschine gehalten sein. Dabei ist es möglich, dass der Statorträger Bestandteil eines Gehäuses der elektrischen Maschine ist, dem Gehäuse entspricht oder an dem Gehäuse gehalten beziehungsweise befestigt ist.
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Des Weiteren ist aus
DE 10 2009 053 987 A1 ein Verfahren zum Herstellen einer mehrlagigen Spule bekannt, wobei zur Ausbildung mindestens einer Trägerlage mittels Kaltgasspritzens Trägerpartikel, die zumindest zum Teil elektrisch schwach leitende oder elektrisch isolierende Eigenschaften aufweisen, zumindest bereichsweise auf die Oberfläche mindestens eines, insbesondere magnetischen, Substrats oder mindestens eines, insbesondere magnetischen, Formteils aufgesprüht werden.
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Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, einen Statorträger der eingangs genannten Art derart weiterzuentwickeln, dass sich eine besonders vorteilhafte Kühlung des Statorträgers und somit der elektrischen Maschine insgesamt realisieren lässt.
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Diese Aufgabe wird durch einen Statorträger mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen mit zweckmäßigen Weiterbildungen der Erfindung sind in den übrigen Ansprüchen angegeben.
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Um einen Statorträger der im Oberbegriff des Patentanspruchs 1 angegebenen Art derart weiterzuentwickeln, dass sich eine besonders vorteilhafte Kühlung des Statorträgers und somit der elektrischen Maschine insgesamt realisieren lässt, ist es erfindungsgemäß vorgesehen, dass die Kühlkanäle teilweise, das heißt in einem jeweiligen ersten Teilbereich, durch ein Trägerelement und teilweise, das heißt in einem jeweiligen, vom ersten Teilbereich unterschiedlichen, zweiten Teilbereich, durch eine mittels eines generativen Herstellungsverfahrens, insbesondere mittels Kaltgasspritzens, auf das Trägerelement aufgebrachten Schicht begrenzt sind. Durch den Einsatz des Trägerelements und durch die Nutzung eines generativen Herstellungsverfahrens zum Begrenzen beziehungsweise Herstellen der Kühlkanäle können im Vergleich zu herkömmlichen Statorträgern zusätzliche Freiheitsgrade beziehungsweise eine gesteigerte Freiheit hinsichtlich der Gestaltung der Kühlkanäle realisiert werden, sodass sich eine besonders vorteilhafte Kühlung realisieren lässt. Beispielsweise ist es möglich, die Kühlkanäle mit einem besonders vorteilhaften, von dem Kühlmittel durchströmbaren Strömungsquerschnitt auszubilden, sodass das beispielsweise als Kühlflüssigkeit ausgebildete Kühlmittel besonders vorteilhaft durch die Kühlkanäle strömen kann. In der Folge kann ein besonders effektiver und effizienter Wärmeübergang von dem Statorträger beziehungsweise der elektrischen Maschine insgesamt an das die Kühlkanäle durchströmende Kühlmedium realisiert werden, sodass der Statorträger und somit die elektrische Maschine insgesamt besonders gut gekühlt werden können.
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Im Rahmen eines Verfahrens zum Herstellen des erfindungsgemäßen Statorträgers wird beispielsweise zunächst das Trägerelement in seinem gefertigten beziehungsweise vorgefertigten Zustand bereitgestellt. Dann wird die Schicht mittels eines generativen Herstellungsverfahrens auf das Trägerelement aufgebracht, um dadurch die Kühlkanäle herzustellen beziehungsweise zu begrenzen. Das Trägerelement stellt somit ein Halbzeug dar, auf welches die Schicht aufgebracht wird. Das Trägerelement beziehungsweise das Halbzeug ist beispielsweise, zumindest außenumfangsseitig, als Zylinder beziehungsweise als gerader Kreiszylinder ausgebildet, wobei die Schicht beispielsweise außenumfangsseitig auf das Trägerelement aufgebracht wird. Das Trägerelement weist somit beispielsweise einen Radius auf, wobei die Schicht beispielsweise mittels des generativen Fertigungsverfahrens in Richtung des Radius auf das Trägerelement, insbesondere auf eine außenumfangsseitige Mantelfläche des Trägerelements, aufgetragen wird. Durch die Nutzung des Trägerelements als Halbzeug und durch den Einsatz des generativen Fertigungsverfahrens, insbesondere in Form von Kaltgasspritzen, kann eine besonders vorteilhafte Fertigbarkeit des Statorträgers realisiert werden, sodass der Statorträger besonders einfach zeit- und kostengünstig hergestellt werden kann.
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Als besonders vorteilhaft hat es sich gezeigt, wenn das Trägerelement aus einem ersten Werkstoff und die Schicht aus einem vom ersten Werkstoff unterschiedlichen, zweiten Werkstoff gebildet ist. Dadurch ist der Statorträger beziehungsweise sind die Kühlkanäle in Hybridbauweise ausgebildet. Durch den Einsatz voneinander unterschiedlicher Werkstoffe ist eine Materialkombination vorgesehen, wodurch das Gewicht des Statorträgers besonders gering gehalten werden kann. Ferner kann eine optimierte Wärmeleitung realisiert werden, in deren Folge ein besonders vorteilhafter Wärmeübergang von dem Statorträger an das die Kühlkanäle durchströmende Kühlmittel erfolgen kann.
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Als besonders vorteilhaft hat es sich gezeigt, wenn das Trägerelement aus Aluminium beziehungsweise einer Aluminiumlegierung gebildet ist. Dadurch kann eine besonders hohe Kühlleistung dargestellt werden. Da ferner durch den Einsatz des Trägerelements und des generativen Fertigungsverfahrens eine besonders vorteilhafte Geometrie der Kühlkanäle realisiert werden kann, kann eine besonders hohe Kühlleistung realisiert werden. Ingesamt ermöglicht der Einsatz des Trägerelements und des generativen Fertigungsverfahrens im Vergleich zu herkömmlichen Statorträgern eine Optimierung von Design und Funktion der Kühlkanäle des Statorträgers, welcher – insbesondere im fertig hergestellten Zustand der Maschine – beispielsweise Bestandteil eines Gehäuses der elektrischen Maschine beziehungsweise an dem Gehäuse befestigt ist.
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Die der Erfindung zugrunde liegende Idee ist, ein generatives Fertigungsverfahren als generative Möglichkeit zu nutzen, um eine funktionsoptimierte Gestaltung des Statorträgers insbesondere hinsichtlich der Kühlkanäle zu realisieren. Dabei ist es vorzugsweise vorgesehen, das Trägerelement als Aluminium-Halbzeug mit hoher Bruchdehnung zu verwenden, um eine besonders vorteilhafte Kühlung darstellen zu können.
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Weitere Vorteile, Merkmale und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung eines bevorzugten Ausführungsbeispiels sowie anhand der Zeichnung. Die vorstehend in der Beschreibung genannten Merkmale und Merkmalskombinationen sowie die nachfolgend in der Figurenbeschreibung genannten und/oder in den Figuren alleine gezeigten Merkmale und Merkmalskombinationen sind nicht nur in der jeweils angegebenen Kombination, sondern auch in anderen Kombinationen oder in Alleinstellung verwendbar, ohne den Rahmen der Erfindung zu verlassen.
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Die Zeichnung zeigt in:
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1 ausschnittsweise eine schematische Schnittansicht eines Statorträgers gemäß einer ersten Ausführungsform für eine elektrische Maschine, insbesondere eines Kraftwagens, mit einer Mehrzahl von von einem Kühlmedium zum Kühlen des Statorträgers durchströmbaren Kühlkanälen, wobei die Kühlkanäle teilweise durch ein Trägerelement und teilweise durch eine mittels eines generativen Herstellungsverfahrens auf das Trägerelement aufgebrachten Schicht begrenzt sind;
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2 ausschnittsweise eine schematische Schnittansicht des Statorträgers gemäß einer zweiten Ausführungsform;
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3 ausschnittsweise eine schematische Schnittansicht des Statorträgers gemäß einer dritten Ausführungsform;
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4 ausschnittsweise eine schematische Schnittansicht des Statorträgers gemäß einer vierten Ausführungsform.
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In den Figuren sind gleiche oder funktionsgleiche Elemente mit gleichen Bezugszeichen versehen.
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1 zeigt ausschnittsweise in einer schematische Schnittansicht einen im Ganzen mit 10 bezeichneten Statorträger gemäß einer ersten Ausführungsform für eine elektrische Maschine. Die elektrische Maschine ist beispielsweise Bestandteil beziehungsweise eine Komponente eines Kraftwagens, insbesondere eines Personenkraftwagens, welcher mittels der elektrischen Maschine, insbesondere in deren Motorbetrieb, antreibbar ist. Somit ist die elektrische Maschine beispielsweise als Traktionsmaschine ausgebildet, wobei der Kraftwagen beispielsweise als Hybridfahrzeug oder Elektrofahrzeug ausgebildet ist.
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In ihrem fertig hergestellten Zustand umfasst die elektrische Maschine eine Stator, welcher den Statorträger 10 aufweist. Ferner umfasst die elektrische Maschine einen in den Fig. nicht dargestellten Läufer, welcher relativ zum Stator und so mit relativ zum Statorträger 10 bewegbar ist. Insbesondere ist der Läufer als Rotor ausgebildet, welcher um eine Drehachse relativ zu dem Stator und somit relativ zu dem Statorträger 10 drehbar ist. Über den Rotor kann die elektrische Maschine beispielsweise Drehmomente zum Antreiben des Kraftwagens bereitstellen.
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Ist die elektrische Maschine beispielsweise als Innenläufermaschine ausgebildet, so ist durch den Stator wenigstens ein Aufnahmeraum begrenzt, in welchem der Läufer beziehungsweise Rotor zumindest teilweise aufgenommen ist. Dabei weist der Statorträger 10 beispielsweise eine dem Aufnahmeraum zugewandte Innenseite 12 auf, auf welcher eine innenumfangsseitige Mantelfläche 14 des Statorträgers 10 angeordnet ist. Ferner weist der Statorträger 10 eine der Innenseite 12 und somit dem Aufnahmeraum abgewandte Außenseite 16 auf, auf welcher eine außenumfangsseitige Mantelfläche 18 des Statorträgers 10 angeordnet ist.
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Im fertig hergestellten Zustand der elektrischen Maschine sind beispielsweise an dem Statorträger 10 Bauelemente, insbesondere elektrische Bauelemente, der elektrischen Maschine gehalten. Insbesondere kann vorgesehen sein, dass an dem Statorträger 10 wenigstens eine Wicklung beziehungsweise Spule der elektrischen Maschine gehalten ist.
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Um besonders hohe Leistungen auch über lange Zeitspannen hinweg mittels der elektrischen Maschine bereitstellen zu können, weist der Statorträger 10 eine Mehrzahl von Kühlkanälen auf, von welchen in 1 zwei mit 20 bezeichnete Kühlkanäle erkennbar sind. Außenumfangsseitig, das heißt auf Seiten der außenumfangsseitigen Mantelfläche 18, und/oder innenumfangsseitig, das heißt auf Seiten der innenumfangsseitigen Mantelfläche 14, ist der Statorträger 10 beispielsweise als Zylinder beziehungsweise gerader Kreiszylinder ausgebildet, wobei sich die Kühlkanäle 20 beispielsweise mäanderförmig in dem Statorträger 10 erstrecken. Insbesondere sind zumindest jeweilige Teilbereiche beziehungsweise Längenbereiche der Kühlkanäle 20 in Umfangsrichtung des Statorträgers 10 nebeneinander beziehungsweise aufeinanderfolgend angeordnet, sodass die Kühlkanäle 20 beziehungsweise ihre Längenbereiche in Umfangsrichtung des Statorträgers 10 um den Aufnahmeraum herum angeordnet sind.
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Die Kühlkanäle 20 sind von einem Kühlmedium insbesondere in Form einer Kühlflüssigkeit durchströmbar, wobei das Kühlmedium beispielsweise mittels wenigstens einer Pumpe der elektrischen Maschine gefördert und dadurch durch die Kühlkanäle 20 hindurchgefördert wird. Somit kann ein Wärmeübergang von dem Statorträger 10 beziehungsweise der elektrischen Maschine insgesamt an die Kühlflüssigkeit erfolgen, sodass der Statorträger 10 und somit die elektrische Maschine insgesamt mittels der Kühlflüssigkeit gekühlt werden.
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Um nun eine besonders vorteilhaft Kühlung des Statorträger 10 und somit der elektrischen Maschine insgesamt zu realisieren, sind die Kühlkanäle 20 teilweise, das heißt in einem jeweiligen ersten Teilbereich 22, durch ein Trägerelement 24 und teilweise, das heißt in einem jeweiligen, vom ersten Teilbereich 22 unterschiedlichen, zweiten Teilbereich 26, durch eine Schicht 28 begrenzt, welche mittels eines generativen Herstellungsverfahrens, insbesondere mittels Kaltgasspritzens, auf das Trägerelement aufgebracht ist.
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Vorzugsweise sind das Trägerelement 24 und die Schicht 28, welche auch als Deckschicht bezeichnet wird, aus voneinander unterschiedlichen Werkstoffen hergestellt. Insbesondere ist es vorgesehen, dass das Trägerelement 24 aus Aluminium beziehungsweise aus einer Aluminium-Legierung gebildet ist.
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Im Rahmen eines Verfahrens zum Herstellen des Statorträgers 10 wird beispielsweise zunächst das Trägerelement 24 in seinem hergestellten beziehungsweise gefertigten oder vorgefertigten Zustand bereitgestellt. Daran anschließend wird die Schicht 28 mittels des generativen Fertigungsverfahrens auf das Trägerelement 24, insbesondere auf eine dem Aufnahmeraum abgewandte Außenseite des Trägerelements 24, aufgebracht, wodurch die Kühlkanäle 20 hergestellt beziehungsweise begrenzt werden.
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Das durch die Kühlkanäle 20 strömende Kühlmedium berührt das Trägerelement 24 und die Schicht 28 direkt, sodass ein effizienter und effektiver Wärmeübergang von dem Statorträger 10 an das Kühlmedium erfolgen kann. Im Rahmen des Verfahrens ist das Trägerelement 24 somit ein Aluminium-Halbzeug, welches als Träger für die generativ aufgebrachte Deckschicht (Schicht 28) genutzt wird. Durch den Einsatz des Trägerelements 24 und des generativen Fertigungsverfahrens kann eine besonders vorteilhafte Geometrie der Kühlkanäle 20 realisiert werden, sodass insbesondere jeweilige, von dem Kühlmittel durchströmbare Strömungsquerschnitte der Kühlkanäle 20 besonders vorteilhaft ausgestaltet werden können. Somit ist es möglich, die Strömungsquerschnitte und somit die Kühlkanäle 20 insgesamt besonders strömungsgünstig auszugestalten, sodass das Kühlmedium besonders strömungsgünstig und effizient durch die Kühlkanäle 20 strömen kann. Dadurch können hohe Kühlleistungen realisiert werden.
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Bei der ersten Ausführungsform ist es beispielsweise vorgesehen, dass die Kühlkanäle 20 zu einer ersten Hälfte durch das Trägerelement 24 und zu einer zweiten Hälfte durch die Schicht 28 (Deckschicht) begrenzt sind.
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2 zeigt eine zweite Ausführungsform, welche sich insbesondere dadurch von der ersten Ausführungsform unterscheidet, dass der jeweilige, durch die Schicht 28 begrenzte zweite Teilbereich 26 des jeweiligen Kühlkanals 20 größer als der jeweilige, durch das Trägerelement 24 begrenzte erste Teilbereich 22 des jeweiligen Kühlkanals 20 ist.
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3 zeigt eine dritte Ausführungsform des Statorträgers 10. Bei der dritten Ausführungsform ist der jeweilige, durch das Trägerelement 24 begrenzte erste Teilbereich 22 größer als der jeweilige, durch die Schicht 28 begrenzte zweite Teilbereich 26 des jeweiligen Kühlkanals 22.
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Schließlich zeigt 4 eine vierte Ausführungsform, bei welcher der jeweilige, durch die Schicht 28 begrenzte zweite Teilbereich 26 wesentlich größer als der jeweilige, durch das Trägerelement 24 begrenzte erste Teilbereich 22 des jeweiligen Kühlkanals 20 ist. Ferner unterscheiden sich die Ausführungsformen hinsichtlich der jeweiligen Geometrie des jeweiligen, von dem Kühlmittel durchströmbaren Strömungsquerschnitts des jeweiligen Kühlkanals 20. Durch die Kombination der jeweiligen Geometrie des Kühlkanals 20 mit dem Einsatz des Trägerelements 24 insbesondere als Aluminium-Halbzeug kann im Vergleich zu herkömmlichen Statorträgern eine Optimierung von Design und Funktion der Kühlkanäle 20 realisiert werden, sodass eine besonders hohe Kühlleistung zum Kühlen des Statorträgers 10 darstellbar ist.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 102009053987 A1 [0003]
