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Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Herstellen einer elektrischen Maschine gemäß dem Oberbegriff von Patentanspruch 1. Überdies betrifft die Erfindung eine elektrische Maschine gemäß dem Oberbegriff von Patentanspruch 7.
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Das Interesse richtet sich vorliegend insbesondere auf elektrische Maschinen, die als Antriebsmotoren beziehungsweise als Traktionselektromaschinen in einem Kraftfahrzeug eingesetzt werden. Derartige elektrische Maschinen sind in unterschiedlichen Ausgestaltungen aus dem Stand der Technik bekannt. Beispielsweise können die elektrischen Maschinen einen Stator aufweisen, der ein Blechpaket umfasst. Dieses Blechpaket ist wiederum aus einer Mehrzahl von Einzelblechen gebildet, wobei die Einzelbleche in axialer Richtung des Stators nebeneinander angeordnet sind. Das Blechpaket kann zudem Nuten aufweisen, in welche die Wicklungen der elektrischen Maschine eingebracht werden.
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Im Betrieb der elektrischen Maschine, beispielsweise als Antriebsmotor im Kraftfahrzeug, entstehen Verluste in Form von Wärme. Um einen durchgehend reibungslosen Betrieb der elektrischen Maschine zu gewährleisten, ist eine effiziente Kühlung der elektrischen Maschine erforderlich. Zur Kühlung der elektrischen Maschine müssen die Wärmeverluste abgeführt werden, um eine Überhitzung oder eine Beschädigung der Maschine zu verhindern. Zudem kann die Abfuhr der Wärmeverluste zu einem besseren Wirkungsgrad führen.
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Eine Form der Kühlung elektrischer Maschinen erfolgt durch die Kühlung mittels eines Kühlmediums. Als Kühlmedium kann beispielweise Öl oder ein Gemisch aus Wasser und Glykol verwendet werden.
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In der Dissertation „Untersuchungen zum Aufbau einer hocheffizienten Kühlung einer elektrischen Maschine mit großer Leistungsdichte" (Technische Universität Berlin, 2007) von Gerd Stöhr, ist ein Stator einer elektrischen Maschine mit integrierter Kühlung beschrieben. Zur Umsetzung der integrierten Kühlung weist ein Blechpaket des Stators, welches aus gestanzten Einzelblechen gebildet ist, rechteckige Kühlschlitze auf. Im Zusammenbau des Blechpakets mit den Einzelblechen werden die Einzelbleche so zueinander angeordnet, dass sich aufgrund der Kühlschlitze ein Kühlkanal im Blechpaket ergibt, durch den ein Kühlmedium strömt. Die Kühlkanäle sind ferner fluidisch innerhalb des Blechpakets miteinander gekoppelt. Dadurch entstehen komplexe Einzelblechgeometrien. Eine Herstellung derartiger Einzelbleche ist besonders aufwendig und kostenintensiv. Ferner hat ein derartiger Aufbau der elektrischen Maschine den Nachteil, dass die Einzelbleche, gerade wegen der Kühlkanäle, besonders genau zueinander angeordnet werden müssen, damit sich ein durchgehender Kühlkanal durch das Blechpaket ergibt. Die Abdichtung der Kühlkanäle erfolgt zudem in einem aufwändigen Imprägnierprozess.
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Es ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Lösung aufzuzeigen, wie eine elektrische Maschine für ein Kraftfahrzeug mit integrierter Kühlung leichter hergestellt werden kann.
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Diese Aufgabe wird durch ein Verfahren zum Herstellen einer elektrischen Maschine gemäß Patentanspruch 1 sowie durch eine elektrische Maschine mit den Merkmalen gemäß Patentanspruch 7 gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen der vorliegenden Erfindung sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche.
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Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe gelöst durch ein Verfahren zum Herstellen einer elektrischen Maschine. Zunächst wird ein Blechpaket hergestellt. Dazu wird eine Mehrzahl von Einzelblechen aneinander angeordnet. In einem weiteren Verfahrensschritt wird das Blechpaket in einem Gehäuse angeordnet. Dabei wird das Blechpaket derart in dem Gehäuse angeordnet, dass das Gehäuse das Blechpaket umgibt. Das Verfahren zeichnet sich dadurch aus, dass jedes der Einzelbleche eine Vertiefung aufweist, wobei die Einzelbleche derart angeordnet werden, dass durch die Vertiefungen an einer Außenseite des Blechpakets ein Kanal zum Führen eines Kühlmediums ausgebildet wird, wobei durch das Gehäuse eine Wandung des Kanals gebildet wird. Mit anderen Worten werden durch die Anordnung der Einzelbleche insbesondere an der Außenseite des Blechpakets Kanäle durch die Vertiefungen an den Einzelblechen gebildet. Den Abschluss der Kühlkanäle, insbesondere in radialer Richtung des Stators, bildet bevorzugt das Gehäuse. Durch den ausgebildeten Kanal, durch den das Kühlmedium gefördert wird, kann die elektrische Maschine effizient gekühlt werden und somit ein zuverlässiger Betrieb der elektrischen Maschine ermöglicht werden. Insgesamt kann somit die Dauerleistung und/oder das Dauerdrehmoment erhöht werden. Ferner verbessert sich auch die Spitzenleistung und/oder das Spitzen-Drehmoment und damit die Leistungsdichte der elektrischen Maschine.
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Eine Ausführungsform der Erfindung sieht vor, dass beim Herstellen des Blechpakets die Einzelbleche kraftschlüssig oder stoffschlüssig miteinander verbunden werden. Bei einer kraftschlüssigen Verbindung der Einzelbleche werden die Einzelbleche beispielsweise miteinander verstemmt oder mechanisch gefügt. Bei einer stoffschlüssigen Verbindung werden die Einzelbleche beispielsweise miteinander verschweißt, z. B. durch Laserschweißen. Dadurch ergibt sich der Vorteil, dass die Einzelbleche auf besonders einfache Art und Weise miteinander verbunden werden können.
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In vorteilhafter Weise werden die Einzelbleche mit einer Beschichtung, insbesondere einer elektrisch isolierenden Beschichtung, beschichtet. Eine solche Beschichtung kann beispielsweise ein Backlack oder ein entsprechendes Tränkharz sein. Auf diese Weise kann eine dichte Verbindung zwischen den Einzelblechen bereitgestellt werden. Es kann auch vorgesehen sein, dass die Beschichtung gleichzeitig als Korrosionsschutz dient.
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Eine weitere Ausführungsform der Erfindung sieht vor, dass das Blechpaket mittels einer weiteren Beschichtung beschichtet wird, wobei durch die Beschichtung eine geschlossene Mantelfläche an der Außenseite des Blechpakets gebildet wird. Bevorzugt wird als Beschichtung eine metallische Beschichtung, beispielsweise aus Nickel, aufgebracht. Bevorzugt wird das Blechpaket am Außendurchmesser mit einer hermetisch dichten Metallschicht beschichtet. Durch die weitere Beschichtung kann eine besonders hohe Dichtheit des Blechpakets im Betrieb der Elektrischen Maschine gewährleistet werden. Durch die weitere Beschichtung kann ein Medienzutritt des Kühlmediums bei der Kühlung der elektrischen Maschine zwischen die Einzelbleche vermieden werden. Ferner kann durch die weitere Beschichtung eine dauerhafte und betriebssichere Abdichtung unabhängig vom Fügeverfahren der Einzelbleche im Kontakt mit dem Kühlmedium gewährleistet und ein Risiko des Versagens von Lacksystemen, zum Beispiel durch Alterung, ausgeschlossen werden. Des Weiteren kann eine funktionsbeeinträchtigende Korrosion der Einzelbleche im Blechpaket wirkungsvoll verhindert werden. Vorzugsweise findet eine derartige Abdichtung gegen Kühlmedien auch Anwendung bei anderen flüssigen Medien, wie zum Beispiel bei Kraftstoffen in Kraftstoffpumpen.
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In vorteilhafter Weise wird die Beschichtung durch Galvanisieren aufgebracht. Das Galvanisieren ist ein Beschichtungsverfahren, beim welchem eine metallische Schicht auf der Oberfläche des Blechpakets elektrochemisch abgeschieden wird. Als weiteres Beschichtungsverfahren eignet sich beispielsweise auch ein chemisches Abscheidungsverfahren. Beide Beschichtungsverfahren haben den Vorteil, dass durch die Beschichtung neben der Dichtheit auch ein Korrosionsschutz für das Blechpaket bereitgestellt wird.
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Zu der Erfindung gehört ferner eine elektrische Maschine mit einem Blechpaket und einem Gehäuse, welches das Blechpaket umgibt. Das Blechpaket kann das Blechpaket eines Stators und/oder eines Rotors sein. Das Blechpaket ist aus einer Mehrzahl von Einzelblechen, welche aneinander angeordnet sind, gebildet. Jedes der Einzelbleche weist eine Vertiefung auf, wobei die Einzelbleche derart angeordnet sind, dass durch die Vertiefungen an einer Außenseite des Blechpakets ein Kanal zum Führen eines Kühlmediums ausgebildet ist. Durch das Gehäuse ist eine Wandung des Kanals gebildet.
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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 der einzigen Figur 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 einzige Figur (Fig.) zeigt in einer Schnittansicht einen Ausschnitt eines Stators 10 einer elektrischen Maschine. Der Stator 10 kann in elektrischen Maschinen eingesetzt werden, die in Kraftfahrzeugen als Antriebsmaschine dienen. Der Stator 10 umfasst ein Blechpaket 12 und ein Gehäuse 14. Das Blechpaket 12 weist eine Mehrzahl von Einzelblechen (in Fig. nicht gezeigt) auf, die in axialer Richtung des Stators 10 nebeneinander angeordnet sind. Die axiale Richtung in der Figur erstreckt sich in die Zeichenebene hinein. Die jeweiligen Einzelbleche sind derart ausgebildet, dass sich in einem Innenraum des Stators 10 beziehungsweise des Blechpakets 12 eine Mehrzahl von Nuten 16 ergeben. In diese Nuten 16, die sich entlang der axialen Richtung erstrecken, und die in Umfangsrichtung U des Stators 10 nebeneinander angeordnet sind, können Wicklungen der elektrischen Maschine eingebracht werden.
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Jedes der Einzelbleche weist zumindest eine Vertiefung auf. Die Vertiefung kann im Wesentlichen rechteckförmig ausgebildet sein. Durch die Anordnung der Einzelbleche zueinander ergibt sich an einer Außenseite des Stators 10 beziehungsweise des Blechpakets 12 ein Kanal 18 zum Führen eines Kühlmediums. Der Kanal 18 verläuft geradlinig von einer Stirnfläche des Stators 10 zu einer der Stirnfläche axial gegenüberliegenden Stirnfläche des Stators 10. Die jeweiligen Stirnflächen erstrecken sich senkrecht zur axialen Richtung des Stators 10. Der Stator 10 kann mehr als einen Kanal 18 aufweisen, welche in Umfangsrichtung U des Stators 10 in vorbestimmten Abständen zueinander angeordnet sind und sich von einer Stirnseite zu einer der Stirnseite gegenüberliegenden Seite des Stators 10 insbesondere parallel zueinander erstrecken.
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Wie der Fig. zu entnehmen ist, ist zusätzlich an der Außenseite des Blechpakets 12 eine Beschichtung 20 aufgebracht. Diese Beschichtung 20 bildet die Mantelfläche des Stators 10 aus. Durch die Beschichtung 20 werden die Einzelbleche am Außendurchmesser des Stators 10 verbunden. Bei der Beschichtung 20 handelt es sich bevorzugt um eine metallische Beschichtung. Eine derartige Beschichtung 20 kann beispielsweise durch Galvanisieren des Blechpakets 12 aufgebracht werden. Die Beschichtung 20 wird gleichmäßig auf die Außenseite des Blechpakets 12 aufgebracht. Die Beschichtung 20 weist also eine konstante Schichtdicke auf. Dadurch fügt sich die Beschichtung 20 an die Konturen des Blechpakets 12, wie beispielsweise den Vertiefungen, an. Die Beschichtung 20 füllt die Vertiefungen beziehungsweise den Kanal 18 nicht auf.
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Durch die Beschichtung 20 kann verhindert werden, dass das beim Kühlen des Stators 10 in dem Kanal 18 geförderte Kühlmedium zwischen die Einzelbleche eindringt und durchsickert.
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Insgesamt ist somit eine metallische Beschichtung von Elektroblechen zur integrierten Kühlung von Elektromotoren gezeigt.
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Bezugszeichenliste
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- 10
- Stator
- 12
- Blechpaket
- 14
- Gehäuse
- 16
- Nuten
- 18
- Kanal
- 20
- Beschichtung
- U
- Umfangsrichtung
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
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Zitierte Nicht-Patentliteratur
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- Dissertation „Untersuchungen zum Aufbau einer hocheffizienten Kühlung einer elektrischen Maschine mit großer Leistungsdichte” (Technische Universität Berlin, 2007) von Gerd Stöhr [0005]
