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Die Erfindung betrifft eine elektrische Maschine, mit einem Rotor, der auf einer in einem Maschinengehäuse drehbar gelagerten, als Hohlwelle ausgestalteten Rotorwelle angeordnet ist, wobei eine bezüglich des Maschinengehäuses drehfeste und/oder ortsfeste Kühllanze in die Rotorwelle hineinragt, die wenigstens eine Kühlmittelaustrittsöffnung aufweist, durch die durch eine Kühlmitteleintrittsöffnung zugeführtes Kühlmittel ausbringbar ist. Die Erfindung betrifft weiterhin ein Verfahren zum Betreiben einer elektrischen Maschine.
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Die elektrische Maschine dient dem Bereitstellen eines Drehmoments, beispielsweise eines auf das Antreiben eines Kraftfahrzeugs gerichteten Drehmoments. In diesem Fall ist die elektrische Maschine dem Kraftfahrzeug zugeordnet beziehungsweise bildet einen Bestandteil von diesem, insbesondere einen Bestandteil einer Antriebseinrichtung des Kraftfahrzeugs. Die elektrische Maschine verfügt über den Rotor, der in dem Maschinengehäuse der elektrischen Maschine drehbar gelagert ist. Zur Lagerung des Rotors ist die Rotorwelle vorgesehen, auf welcher der Rotor angeordnet ist. Insbesondere ist der Rotor drehfest mit der Rotorwelle verbunden.
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Die Rotorwelle ist als Hohlwelle ausgestaltet. Durch eine solche Ausgestaltung kann zum einen das Gewicht der Rotorwelle reduziert werden und andererseits eine Kühlung der elektrischen Maschine auf einfache Art und Weise realisiert werden. Die Kühlung dient dem Abführen von Wärme, die während eines Betriebs der elektrischen Maschine anfällt. Zur Kühlung der elektrischen Maschine ragt die Kühllanze in die Rotorwelle hinein. Die Kühllanze ist bezüglich des Maschinengehäuses drehfest und/oder ortsfest angeordnet. Ist die Kühllanze bezüglich des Maschinengehäuses drehfest, so ist sie beispielsweise in axialer Richtung bezüglich ihrer Längsmittelachse verlagerbar. Ist sie dagegen ortsfest angeordnet, so kann sie beispielsweise in Umfangsrichtung bezüglich der Längsmittelachse rotiert werden. Es kann jedoch auch vorgesehen sein, dass die Kühllanze sowohl drehfest als auch ortsfest bezüglich des Maschinengehäuses ist. In diesem Fall ist die Kühllanze bevorzugt an dem Maschinengehäuse befestigt.
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Die Kühllanze ragt in die Motorwelle hinein, beispielsweise durch eine stirnseitige Öffnung der Rotorwelle. Besonders bevorzugt ragt die Kühllanze in axialer Richtung zumindest bis hin zu dem Rotor, insbesondere erstreckt sie sich in axialer Richtung von einer Seite des Rotors bis hin zu einer gegenüberliegenden Seite des Rotors, übergreift diesen also in axialer Richtung gesehen vollständig. Die Kühllanze verfügt über die wenigstens eine Kühlmittelaustrittsöffnung. Durch diese kann Kühlmittel ausgebracht werden, welches zuvor durch die Kühlmitteleintrittsöffnung zugeführt wurde. Die Kühlmitteleintrittsöffnung liegt beispielsweise stirnseitig an der Kühllanze vor. Die Kühlmittelaustrittsöffnung kann beispielsweise als Düse ausgestaltet sein, sodass das Kühlmittel durch die Kühlmittelaustrittsöffnung als gebündelter Strahl oder als Sprühnebel austritt.
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Es ist Aufgabe der Erfindung, eine elektrische Maschine vorzuschlagen, welche gegenüber bekannten elektrischen Maschinen Vorteile aufweist, insbesondere eine gezielte Kühlung bei geringem Kühlmittelverbrauch ermöglicht.
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Dies wird erfindungsgemäß mit einer elektrischen Maschine mit den Merkmalen des Anspruchs 1 erreicht. Dabei ist vorgesehen, dass an der Kühllanze wenigstens ein bezüglich der Kühllanze verlagerbares Stellelement angeordnet ist, wobei in dem Stellelement ein an die Kühlmitteleintrittsöffnung angeschlossener erster Kühlmittelkanal vorliegt, der eine Mantelfläche des Stellelements unter Ausbildung wenigstens einer ersten Kühlmittelschaltöffnung durchgreift, und in der Kühllanze wenigstens ein an die Kühlmittelaustrittsöffnung angeschlossener zweiter Kühlmittelkanal ausgebildet ist, der eine dem Stellelement zugewandte Innenumfangsfläche der Kühllanze unter Ausbildung wenigstens einer zweiten Kühlmittelschaltöffnung durchgreift, sodass eine Strömungsverbindung zwischen der Kühlmitteleintrittsöffnung und der Kühlmittelaustrittsöffnung nur bei wenigstens teilweise Überdeckung der ersten Kühlmittelschaltöffnung und der zweiten Kühlmittelschaltöffnung vorliegt.
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Das Stellelement ist somit beispielsweise Bestandteil einer Steuereinrichtung, die der gezielten Ansteuerung der wenigstens einen Kühlmittelaustrittsöffnung dient. Es kann also vorgesehen sein, dass durch die Kühlmittelaustrittsöffnung lediglich dann Kühlmittel ausgebracht wird, wenn eine Kühlung der elektrischen Maschine durchgeführt werden soll. Anders ausgedrückt kann der Kühlmittelmassenstrom, der durch die Kühlmittelaustrittsöffnung ausgebracht wird, eingestellt, insbesondere an den Kühlbedarf der elektrischen Maschine angepasst werden.
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Das Stellelement ist bezüglich der Kühllanze verlagerbar. Das Verlagern des Stellelements kann dabei beispielsweise ein Verlagern in axialer Richtung, also ein Verschieben, und/oder ein Verlagern in Umfangsrichtung, also ein Drehen, sein. Das Stellelement ist insoweit bezüglich der Kühllanze verschiebbar und/oder drehbar gelagert. Das Stellelement ist in der Kühllanze angeordnet, greift also in diese ein. Die Kühllanze ist hierzu beispielsweise rohrförmig ausgestaltet und ist zumindest in dem Bereich, in welchem das Stellelement in ihr vorliegt, gerade ausgestaltet. Besonders bevorzugt ist die Kühllanze vollständig gerade.
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Das Stellelement ist derart in der Kühllanze angeordnet, dass es von der Kühllanze in Umfangsrichtung bezüglich einer Längsmittelachse der Kühllanze oder des Stellelements und/oder einer Drehachse der Rotorwelle in Umfangsrichtung wenigstens bereichsweise, insbesondere vollständig, umgriffen ist. Beispielsweise ist das Stellelement mittels der Kühllanze verlagerbar gelagert, sodass also die Kühllanze als Drehlager, insbesondere als Gleitlager, für das Stellelement dient. Selbstverständlich kann die Lagerung des Stellelements bezüglich der Kühllanze auch mittels eines anderen Lagertyps, beispielsweise eines Wälzlagers, realisiert sein.
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Das Stellelement weist den ersten Kühlmittelkanal auf, während die Kühllanze über den zweiten Kühlmittelkanal verfügt. Der erste Kühlmittelkanal durchgreift die Mantelfläche des Stellelements, sodass die erste Kühlmittelschaltöffnung vorliegt. Unter der Mantelfläche des Stellelements ist insbesondere eine Außenumfangsfläche des Stellelements zu verstehen. Der zweite Kühlmittelkanal, welcher in der Kühllanze vorliegt, durchgreift die Innenumfangsfläche der Kühllanze, sodass die zweite Kühlmittelschaltöffnung vorliegt. Die Innenumfangsfläche ist dem Stellelement zugewandt und liegt insbesondere an diesem an.
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Die Kühllanze und das Stellelement sind nun derart ausgestaltet, dass die Strömungsverbindung zwischen der Kühlmitteleintrittsöffnung, die beispielsweise an eine Kühlmittelquelle, insbesondere eine Kühlmittelpumpe oder einen Kühlmittelkreislauf, angeschlossen ist, und der Kühlmittelaustrittsöffnung lediglich dann vorliegt, wenn die erste Kühlmittelschaltöffnung und die zweite Kühlmittelschaltöffnung zumindest teilweise in Überdeckung vorliegen, sodass Kühlmittel aus dem ersten Kühlmittelkanal in den zweiten Kühlmittelkanal oder umgekehrt gelangen kann.
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Vorzugsweise sind die Kühllanze und das Stellelement derart ausgebildet, dass die erste Kühlmittelschaltöffnung in jeder Stellung des Stellelements bezüglich der Kühllanze an der Innenumfangsfläche der Kühllanze anliegt. Zusätzlich oder alternativ ist es vorgesehen, dass die zweite Kühlmittelschaltöffnung in jeder Stellung des Stellelements an der Mantelfläche der Kühllanze anliegt.
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Insoweit ist die jeweilige Kühlmittelschaltöffnung dicht verschlossen, sofern die erste Kühlmittelschaltöffnung und die zweite Kühlmittelschaltöffnung versetzt zueinander vorliegen, sich also nicht in Überdeckung zueinander befinden beziehungsweise außer Überdeckung vorliegen. Lediglich bei wenigstens teilweiser Überdeckung der beiden Kühlmittelschaltöffnungen kann das Kühlmittel durch die erste Kühlmittelschaltöffnung und die zweite Kühlmittelschaltöffnung strömen und entsprechend von der Kühlmitteleintrittsöffnung zur der Kühlmittelaustrittsöffnung gelangen.
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Im Rahmen einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass das Stellelement zur Einstellung eines bestimmten Kühlmittelmassenstroms durch die Kühlmittelaustrittsöffnung bezüglich der Kühllanze drehbar und/oder in axialer Richtung bezüglich seiner Längsmittelachse verschiebbar ist, insbesondere in Abhängigkeit eines an der Kühlmitteleintrittsöffnung anliegenden Kühlmitteldrucks. Hierauf wurde vorstehend bereits hingewiesen. Allgemeiner ausgedrückt sind das Stellelement und die Kühllanze gegeneinander verlagerbar, insbesondere gegeneinander verschiebbar und/oder gegeneinander verdrehbar. Das Verschieben ist in Richtung der Längsmittelachse des Stellelements vorgesehen, das Drehen in Umfangsrichtung.
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Besonders bevorzugt erfolgt das Drehen oder Verschieben von Stellelement und Kühllanze gegeneinander in Abhängigkeit von dem Kühlmitteldruck, der an der Kühlmitteleintrittsöffnung anliegt. Beispielsweise sind das Stellelement und die Kühllanze hierzu derart ausgestaltet, dass das mit dem Kühlmitteldruck anliegende Kühlmittel eine in eine erste Richtung gerichtete Stellkraft auf das Stellelement ausübt. Der Stellkraft wirkt nun eine beispielsweise mittels eines Federelements bereitgestellte Rückstellkraft entgegen, die also in eine der ersten Richtung entgegengesetzte zweite Richtung wirkt.
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Beispielsweise ist das Federelement in einer gegenüber dem Kühlmittel fluiddicht abgeschlossenen Kammer angeordnet, die von der Kühllanze und dem Stellelement gemeinsam ausgebildet ist. Beispielsweise liegt die Kammer zwischen einer Stirnseite des Stellelements und einer Bodenfläche der Kühllanze vor, wobei die Bodenfläche an einer Stirnseite der Kühllanze angeordnet ist und dort zumindest zur Abstützung des Federelements vorliegt. Die Bodenfläche kann die Kühllanze jedoch alternativ stirnseitig auch vollständig verschließen.
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Eine weitere Ausgestaltung der Erfindung sieht vor, dass die Kühllanze wenigstens eine weitere Kühlmittelaustrittsöffnung aufweist, durch die durch die Kühlmitteleintrittsöffnung zugeführtes Kühlmittel ausbringbar ist, wobei der erste Kühlmittelkanal die Mantelfläche des Stellelements unter Ausbildung wenigstens einer weiteren ersten Kühlmittelschaltöffnung durchgreift, und in der Kühllanze wenigstens ein an die weitere Kühlmittelaustrittsöffnung angeschlossener weiterer zweiter Kühlmittelkanal ausgebildet ist, der eine dem Stellelement zugewandte Innenumfangsfläche der Kühllanze unter Ausbildung wenigstens einer weiteren zweiten Kühlmittelschaltöffnung durchgreift, sodass eine Strömungsverbindung zwischen der Kühlmitteleintrittsöffnung und der weiteren Kühlmittelaustrittsöffnung nur bei wenigstens teilweise Überdeckung der weiteren ersten Kühlmittelschaltöffnung und der weiteren zweiten Kühlmittelschaltöffnung vorliegt.
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Neben der vorstehend bereits beschriebenen Kühlmittelaustrittsöffnung liegt also die weitere Kühlmittelaustrittsöffnung vor. Dieser ist der weitere zweite Kühlmittelkanal zugeordnet, der wiederum in Abhängigkeit von einer Stellung des Stellelements bezüglich der Kühllanze über die weitere erste Kühlmittelschaltöffnung und die weitere zweite Kühlmittelschaltöffnung mit dem weiteren ersten Kühlmittelkanal strömungsverbunden ist. Entsprechend geltend die Ausführungen für die Kühlmittelaustrittsöffnung, die Kühlmittelkanäle und die Kühlmittelschaltöffnungen für die weitere Kühlmittelschaltöffnung, die weiteren Kühlmittelkanäle und die weiteren Kühlmittelschaltöffnungen analog. Das bedeutet, dass das Stellelement nicht nur zur Einstellung des bestimmten Kühlmassenstroms durch die Kühlmittelaustrittsöffnung drehbar und/oder verschiebbar ist, sondern vielmehr zur Einstellung des bestimmten Kühlmittelmassenstroms durch die Kühlmittelaustrittsöffnung sowie eines weiteren bestimmten Kühlmittelmassenstroms durch die weitere Kühlmittelaustrittsöffnung.
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Eine bevorzugte Ausgestaltung der Erfindung sieht vor, dass bei einer ersten Stellung des Stellelements die Strömungsverbindung zwischen der Kühlmitteleintrittsöffnung und der Kühlmittelaustrittsöffnung einen ersten Durchströmungsquerschnitt und bei einer von der ersten Stellung verschiedenen zweiten Stellung einen von dem ersten Durchströmungsquerschnitt verschiedenen zweiten Durchströmungsquerschnitt aufweist, und/oder dass bei der ersten Stellung des Stellelements die Strömungsverbindung zwischen der Kühlmitteleintrittsöffnung und der weiteren Kühlmittelaustrittsöffnung einen weiteren ersten Durchströmungsquerschnitt und bei der zweiten Stellung einen von dem weiteren ersten Durchströmungsquerschnitt verschiedenen weiteren zweiten Durchströmungsquerschnitt aufweist. Der Durchströmungsquerschnitt und mithin der jeweilige Kühlmittelmassenstrom hängen insoweit von der Stellung des Stellelements ab. Bei unterschiedlichen Stellungen sollen unterschiedliche Durchströmungsquerschnitte vorliegen, sodass der jeweilige Kühlmittelmassenstrom einstellbar ist. Wenigstens einer der genannten Durchströmungsquerschnitte kann auch derart gewählt sein, dass die Strömungsverbindung vollständig unterbrochen ist. Insbesondere ist hierzu der Durchströmungsquerschnitt gleich Null.
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Eine bevorzugte Ausgestaltung der Erfindung sieht vor, dass der erste Durchströmungsquerschnitt größer ist als der zweite Durchströmungsquerschnitt, und/oder dass der weitere erste Durchströmungsquerschnitt kleiner ist als der weitere zweite Durchströmungsquerschnitt. Die Durchströmungsquerschnitte verhalten sich zueinander also vorzugsweise genau andersherum als die weiteren Durchströmungsquerschnitte. Somit liegt in der ersten Stellung für die Strömungsverbindung zwischen der Kühlmitteleintrittsöffnung und der Kühlmittelaustrittsöffnung ein größerer Durchströmungsquerschnitt vor als in der zweiten Stellung. Für die weiteren Durchströmungsquerschnitte ist dies umgekehrt. Beispielsweise ist der erste Durchströmungsquerschnitt gleich dem weiteren zweiten Durchströmungsquerschnitt und der zweite Durchströmungsquerschnitt gleich dem weiteren ersten Durchströmungsquerschnitt.
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Eine bevorzugte weitere Ausführungsform der Erfindung sieht vor, dass die Kühlmittelaustrittsöffnung und die weitere Kühlmittelaustrittsöffnung in axialer Richtung voneinander beabstandet angeordnet sind. Beispielsweise liegen sie dabei an derselben Umfangsposition vor. Zusätzlich oder alternativ können die Kühlmittelaustrittsöffnungen jedoch auch in Umfangsrichtung voneinander beabstandet sein und dabei insbesondere an derselben Axialposition vorliegen.
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Im Rahmen einer weiteren Ausführungsform der Erfindung ist vorgesehen, dass die Kühlmittelaustrittsöffnung in axialer Richtung in Überdeckung mit dem auf der Rotorwelle angeordneten Rotor und/oder die weitere Kühlmittelaustrittsöffnung in axialer Richtung in Überdeckung mit einem auf der Rotorwelle drehfest angeordneten Zahnrad einer Zahnradstufe vorliegt. Die wenigstens eine Kühlmittelaustrittsöffnung dient insoweit dem Beaufschlagen des Rotors mit Kühlmittel oder zumindest dem Kühlen des Rotors. Die weitere Kühlmittelaustrittsöffnung dient dem Beaufschlagen des Zahnrads beziehungsweise der Zahnradstufe mit Kühlmittel oder zumindest dem Kühlen des Zahnrads oder der Zahnradstufe.
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Eine weitere vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung sieht vor, dass die Rotorwelle, insbesondere stirnseitig, einen Kühlmittelauslass aufweist, der über die Rotorwelle mit der Kühlmittelaustrittsöffnung und/oder der weiteren Kühlmittelaustrittsöffnung in Strömungsverbindung steht. Durch den Kühlmittelauslass kann Kühlmittel aus der Rotorwelle austreten, welcher zuvor mittels der Kühllanze in sie eingebracht wurde. Hierzu steht der Kühlmittelauslass über die Rotorwelle beziehungsweise durch die Rotorwelle hindurch mit der Kühlmittelaustrittsöffnung und/oder der weiteren Kühlmittelaustrittsöffnung in Strömungsverbindung. Der Kühlmittelauslass liegt bevorzugt in axialer Richtung gesehen auf derselben Seite vor wie die Kühlmitteleintrittsöffnung. Diese kann ebenfalls an der Kühllanze oder alternativ an dem Stellelement vorliegen.
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Schließlich kann im Rahmen einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung vorgesehen sein, dass an der Innenumfangsfläche der Rotorwelle wenigstens eine Kühlmittelübertrittsöffnung ausgebildet ist, die mit der Kühlmittelaustrittsöffnung und/oder der weiteren Kühlmittelaustrittsöffnung zumindest zeitweise in Strömungsverbindung steht, wobei in axialer Richtung gesehen beidseitig der Kühlmittelübertrittsöffnung jeweils eine Dichtung ausgebildet ist, insbesondere durch Anliegen der Kühllanze an der Innenumfangsfläche. Die Kühlmittelübertrittsöffnung verläuft in Umfangsrichtung zumindest über einen Teil der Innenumfangsfläche. Besonders bevorzugt liegt die Kühlmittelübertrittsöffnung in Umfangsrichtung durchgehend vor, umgreift also das Stellelement in Umfangsrichtung vollständig.
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Die Kühlmittelübertrittsöffnung steht zumindest zeitweise mit der Kühlmittelaustrittsöffnung beziehungsweise der weiteren Kühlmittelaustrittsöffnung in Strömungsverbindung. Durch diese austretendes Kühlmittel gelangt also in die Kühlmittelübertrittsöffnung. Beispielsweise steht die Kühlmittelübertrittsöffnung mit wenigstens einer außerhalb der Rotorwelle angeordneten Einrichtung, beispielsweise der Zahnradstufe beziehungsweise einem Getriebe der elektrischen Maschine und/oder einem Lager, insbesondere einem Lager der Rotorwelle, in Strömungsverbindung. Hierzu weist die Rotorwelle bevorzugt einen in die Kühlmittelübertrittsöffnung einmündenden, eine Wand der Rotorwelle in radialer Richtung vollständig durchgreifenden Kühlmittelübertrittskanal auf. Um ein Austreten des Kühlmittels aus der Kühlmittelübertrittsöffnung in die Rotorwelle, beispielsweise in Richtung des Kühlmittelauslasses, zu verhindern, ist beidseitig der Kühlmittelübertrittsöffnung jeweils eine Dichtung vorgesehen. Die Dichtung wird beispielsweise durch Anliegen der Kühllanze beziehungsweise ihrer Mantelfläche an der Innenumfangsfläche der Rotorwelle erzielt.
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Es kann vorgesehen sein, dass die Kühllanze zumindest abschnittsweise in radialer Richtung bezüglich ihrer Längsmittelachse von der Innenumfangsfläche der Rotorwelle beabstandet ist. Insoweit liegt kein Reibkontakt zwischen der Kühllanze und der Rotorwelle vor.
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Die Erfindung betrifft weiterhin ein Verfahren zum Betreiben einer elektrischen Maschine, insbesondere einer elektrischen Maschine gemäß den vorstehenden Ausführungen, wobei die elektrische Maschine über einen Rotor verfügt, der auf einer in einem Maschinengehäuse drehbar gelagerten, als Hohlwelle ausgestalteten Rotorwelle angeordnet ist, und wobei eine bezüglich des Maschinengehäuses drehfeste und/oder ortsfeste Kühllanze in die Rotorwelle hineinragt, die wenigstens eine Kühlmittelaustrittsöffnung aufweist, die durch eine Kühlmitteleintrittsöffnung zugeführtes Kühlmittel ausbringbar ist.
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Dabei ist vorgesehen, dass in der Kühllanze wenigstens ein bezüglich der Kühllanze verlagerbares Stellelement angeordnet ist, wobei in dem Stellelement ein an die Kühlmitteleintrittsöffnung angeschlossener erster Kühlmittelkanal vorliegt, der eine Mantelfläche des Stellelements unter Ausbildung wenigstens einer ersten Kühlmittelschaltöffnung durchgreift, und in der Kühllanze wenigstens ein an die Kühlmittelaustrittsöffnung angeschlossener zweiter Kühlmittelkanal ausgebildet ist, der eine dem Stellelement zugewandte Innenumfangsfläche der Kühllanze unter Ausbildung wenigstens einer zweiten Kühlmittelschaltöffnung durchgreift, sodass eine Strömungsverbindung zwischen der Kühlmitteleintrittsöffnung und der Kühlmittelaustrittsöffnung nur bei wenigstens teilweise Überdeckung der ersten Kühlmittelschaltöffnung und der zweiten Kühlmittelschaltöffnung vorliegt, wobei die Überdeckung derart eingestellt wird, dass ein bestimmter Kühlmittelmassenstrom aus der Kühlmittelaustrittsöffnung austritt.
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Auf die Vorteile einer derartigen Ausgestaltung der elektrischen Maschine beziehungsweise einer derartigen Vorgehensweise wurde bereits hingewiesen. Sowohl die elektrische Maschine als auch das Verfahren können gemäß den vorstehenden Ausführungen weitergebildet sein, sodass insoweit auf diese verwiesen wird.
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Die Erfindung wird nachfolgend anhand der in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiele näher erläutert, ohne dass eine Beschränkung der Erfindung erfolgt. Dabei zeigt:
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1 eine schematische Längsschnittdarstellung einer elektrischen Maschine, wobei in einer Rotorwelle der elektrischen Maschine eine Kühllanze sowie ein Stellelement angeordnet sind, die in einer ersten Ausführungsform vorliegen, sowie
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2 eine Detailschnittdarstellung der elektrischen Maschine, wobei die Kühllanze und das Stellelement in einer zweiten Ausführungsform vorliegen.
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Die 1 zeigt eine schematische Darstellung einer elektrischen Maschine 1 im Längsschnitt bezüglich einer Längsmittelachse 2 einer Rotorwelle 3 in der elektrischen Maschine 1. Die Rotorwelle 3 dient der Lagerung eines Rotors 4 in einem Maschinengehäuse 5. Bevorzugt ist der Rotor 4 starr, insbesondere drehfest und in axialer Richtung unverschieblich, mit der Rotorwelle 3 verbunden. Weiterhin dient das Maschinengehäuse 5 der Aufnahme eines Stators 6 der elektrischen Maschine 1, der während eines Betriebs der elektrischen Maschine 1 mit dem Rotor 4 zum Bereitstellen eines Drehmoments an der Rotorwelle 3 zusammenwirkt. Die Rotorwelle 3 ist vorzugsweise mittels wenigstens eines Lagers 7, in dem hier dargestellten Ausführungsbeispiel mittels drei Lagern 7, drehbar in dem Maschinengehäuse 5 gelagert. Die Lager 7 sind vorzugsweise als Wälzlager, insbesondere als Kugellager, ausgestaltet.
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Es ist deutlich erkennbar, dass die Rotorwelle 3 als Hohlwelle ausgestaltet ist. In axialer Richtung beabstandet von dem Rotor 4 ist auf der Rotorwelle 3 ein Zahnrad 8 einer nicht weiter dargestellten Zahnradstufe 9 drehfest befestigt. Das Zahnrad 8 beziehungsweise die Zahnradstufe 9 ist ebenfalls in dem Maschinengehäuse 5 angeordnet. Die elektrische Maschine 1 stellt das von ihr erzeugte Drehmoment über das Zahnrad 8 beziehungsweise die Zahnradstufe 9 bereit.
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Während eines Betriebs der elektrischen Maschine 1 fällt Wärme an, welche abgeführt werden muss. Zu diesem Zweck ragt eine Kühllanze 10 in die als Hohlwelle ausgestaltete Rotorwelle 3 hinein. Die Kühllanze 10 verfügt über mehrere, ihre Außenumfangsfläche 11 durchgreifenden Kühlmittelaustrittsöffnungen 12 sowie mehrere weitere Kühlmittelaustrittsöffnungen 13. Die Kühlmittelaustrittsöffnungen 12 liegen in axialer Richtung bezüglich der Längsmittelachse 2 gesehen bevorzugt in Überdeckung mit dem Rotor 4 vor. Dabei sind sie bevorzugt gleichmäßig voneinander beabstandet und/oder symmetrisch zu dem Rotor 4 angeordnet. Die Kühlmittelaustrittsöffnungen 13 liegen dagegen vorzugsweise in Überdeckung mit dem Zahnrad 8 der Zahnradstufe 9 vor. Durch die Kühlmittelaustrittsöffnungen 12 austretendes Kühlmittel dient insoweit der Kühlung des Rotors 4, während aus den Kühlmittelaustrittsöffnungen 13 austretendes Kühlmittel der Kühlung der Zahnradstufe 9 dient.
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Rein beispielhaft ist der Weg von aus einer der Kühlmittelaustrittsöffnungen 12 austretendem Kühlmittel durch den Pfeil 14 angedeutet. Es wird deutlich, dass dieses durch eine Wand 15 der Rotorwelle 3 beziehungsweise einen die Wand 15 durchgreifenden Kanal hindurch aus der Rotorwelle 3 ausströmt und nachfolgend eines der Lager 7 durchströmt. Die Wand 15 weist hierzu bevorzugt wenigstens eine den Kanal ausbildende Durchtrittsöffnung auf.
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Weiterhin kann das durch die Kühlmittelaustrittsöffnungen 12 und 13 austretende Kühlmittel in axialer Richtung in der Rotorwelle 3 in Richtung einer stirnseitig der Rotorwelle 3 angeordneten Kühlmittelauslass 16 strömen und aus diesem austreten.
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In der Kühllanze 10 ist ein Stellelement 17 angeordnet. Dieses weist stirnseitig eine Kühlmitteleintrittsöffnung 18 auf, durch welches Kühlmittel, wie durch den Pfeil 19 angedeutet, in das Stellelement 17 einströmen kann. Das Stellelement 17 ist bezüglich der Kühllanze 10 verlagerbar, insbesondere bezüglich der Längsmittelachse 2 drehbar und/oder in axialer Richtung verschiebbar. In dem Stellelement 17 liegt ein an die Kühlmitteleintrittsöffnung 18 angeschlossener erster Kühlmittelkanal (nicht dargestellt) vor. Dieser durchgreift eine Mantelfläche 20 des beispielsweise hohlzylinderförmigen Stellelements 17 unter Ausbildung einer ersten Kühlmittelschaltöffnung.
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In der Kühllanze ist dagegen ein an eine der Kühlmittelaustrittsöffnungen 12 angeschlossener zweiter Kühlmittelkanal ausgebildet, der hier ebenfalls nicht gezeigt ist. Der zweite Kühlmittelkanal durchgreift eine dem Stellelement 17 zugewandte Innenumfangsfläche 21 der Kühllanze 10 unter Ausbildung wenigstens einer zweiten Kühlmittelschaltöffnung. Insbesondere ist jeder Kühlmittelaustrittsöffnungen 12 ein derartiger zweiter Kühlmittelkanal und entsprechend eine derartige zweite Kühlmittelschaltöffnung zugeordnet. Bevorzugt sind zudem ebenso viele erste Kühlmittelschaltöffnungen wie zweite Kühlmittelschaltöffnungen und entsprechend viele erste Kühlmittelkanäle vorgesehen.
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Liegen die erste Kühlmittelschaltöffnung und die ihr jeweils zugeordnete zweite Kühlmittelschaltöffnung zumindest teilweise in Überdeckung miteinander, so liegt eine Strömungsverbindung zwischen der Kühlmitteleintrittsöffnung 18 und der jeweiligen Kühlmittelaustrittsöffnung 12 vor. Durch Einstellen der Überdeckung kann entsprechend ein aus der jeweiligen Kühlmittelaustrittsöffnung 12 austretender Kühlmittelmassenstrom eingestellt werden.
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Analog verhält es sich für die Kühlmittelaustrittsöffnungen 13. Jeder der Kühlmittelaustrittsöffnungen 13 ist ein weiterer zweiter Kühlmittelkanal zugeordnet, der die Innenumfangsfläche 21 der Kühllanze 10 unter Ausbildung wenigstens einer weiteren zweiten Kühlmittelschaltöffnung durchgreift. Auch sind in dem Stellelement 17 ein weiterer erster Kühlmittelkanal und eine mit diesem korrespondierende weitere erste Kühlmittelschaltöffnung vorgesehen. Hierzu wird auf die Ausführungen zu den Kühlmittelaustrittsöffnungen 12 verwiesen.
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Das Stellelement 17 ist bezüglich der Kühllanze 10 drehbar, kann also bezüglich dieser unterschiedliche Stellungen beziehungsweise Drehwinkelstellungen einnehmen. Die Kühllanze 10 und das Stellelement 17 sind nun derart ausgebildet, dass bei unterschiedlichen Drehwinkelstellungen unterschiedliche Durchströmungsquerschnitte zwischen der Kühlmitteleintrittsöffnung 18 einerseits sowie den Kühlmittelaustrittsöffnungen 12 und den Kühlmittelaustrittsöffnungen 13 andererseits vorliegen.
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Die 2 zeigt eine Schnittdarstellung durch einen Bereich der elektrischen Maschine 1. Dabei liegen die Kühllanze 10 sowie das Stellelement 17 in einer zweiten Ausführungsform vor. Grundsätzlich ähnelt diese der vorstehend beschriebenen ersten Ausführungsform, sodass auf die entsprechenden Ausführungen verwiesen und nachfolgend lediglich auf die Unterschiede hingewiesen wird. Diese liegen im Wesentlichen darin, dass das Stellelement 17 in Umfangsrichtung bezüglich der Kühllanze 10 festgesetzt ist, jedoch in axialer Richtung verschiebbar ist. Zudem liegt die Kühlmitteleintrittsöffnung 18 an der Kühllanze 10 vor. Durch diese eintretendes Kühlmittel strömt durch eine stirnseitige Öffnung 22 des Stellelements 17 in dieses ein. Das Kühlmittel bewirkt eine Stellkraft in axialer Richtung auf das Stellelement 17.
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Dieser Stellkraft wirkt eine Gegenkraft entgegen, die von einem Federelement 23 bereitgestellt wird, das in einer Kammer 24 angeordnet ist. Die Kammer 24 wird bevorzugt von der Kühllanze 10 und dem Stellelement 17 gemeinsam ausgebildet und gegenüber der Kühlmitteleintrittsöffnung 18 fluiddicht abgedichtet. Hierzu ist das Stellelement 17 beispielsweise nach Art eines Kolbens in der Kühllanze 10 angeordnet. Die auf das Stellelement 17 wirkende Stellkraft hängt im Wesentlichen von dem an der Kühlmitteleintrittsöffnung 18 vorliegenden Kühlmitteldruck ab.
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Je größer der Kühlmitteldruck ist, umso weiter wird das Stellelement 17 unter Komprimierung des Federelements 23 in Richtung der Kammer 24 gedrängt. Die Kühllanze 10 sowie das Stellelement 17 sind nun derart ausgestaltet, dass die aus den Kühlmittelaustrittsöffnungen 12 und 13 austretenden Kühlmittelmassenströme durch die Verlagerung des Stellelements 17 aufgrund des Kühlmitteldrucks veränderbar ist. Durch entsprechende Wahl des Kühlmitteldrucks können insoweit die Kühlmittelmassenströme durch die Kühlmittelaustrittsöffnungen 12 und 13 eingestellt werden.
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Die beschriebene elektrische Maschine 1 ermöglicht eine bedarfsgerechte Kühlung sowohl des Rotors 4 als auch der Zahnradstufe 9. Dabei kann die Kühlung durch Verlagern des Stellelements 17 bezüglich der Kühllanze 10 eingestellt werden.
