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Die Erfindung betrifft einen Einsatz für einen Kühlmantel einer elektrischen Maschine. Weitere Ansprüche sind auf eine elektrische Maschine mit dem Einsatz sowie eine elektrische Maschine mit einem spiralförmigen Einsatz gerichtet.
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Es ist bekannt, rotierende elektrische Maschinen mit Flüssigkeit zu kühlen, indem man die Flüssigkeit in einen Kühlkreis, der für die Kühlung der Maschine gedacht ist, einbringt oder in andere Komponenten, die mit der Flüssigkeit gekühlt werden sollen, einbringt. Typischerweise umfasst ein solcher Kühlkreis eine Pumpe, um einen Volumenstrom des Kühlmittels in den Kreis einzuführen, und einen Wärmetauscher, um Wärme aus dem Kühlmittel abzuziehen, wobei es sich bei dem Kühlmittel zum Beispiel um Wasser, Öl oder eine Glykollösung handeln kann. Das Kühlmittel wird unter Druck in einen Kühlmitteleinlass der Maschine gefördert, zirkuliert durch die Maschine hindurch und absorbiert Wärme über konvektive Wärmeübertragung und wird durch einen Kühlmittelauslass aus der Maschine ausgetragen, wobei der Kühlmitteleinlass und der Kühlmittelauslass Stellen bereitstellen, an denen die Maschine mit dem Kühlkreis verbunden ist.
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Die Minimierung der Größe einer rotierenden elektrischen Maschine bei gleichzeitiger Maximierung der Wärmeabgabe von der Maschine ist kritisch für ihre Zuverlässigkeit und ihren erfolgreichen Langzeitbetrieb. In diesem Zusammenhang ist es bekannt, mäanderförmiger oder rippenartige Erhebungen in dem Material des Bodens des Kühlkanals auszubilden. Fertigungstechnisch ist es jedoch sehr aufwendig bzw. kaum möglich zum Beispiel Rippenstifte anzubringen oder bestimmte Turbulatoren, zum Beispiel in einem Druckgussprozess oder durch eine spanabhebende Fertigung, nachträglich anzubringen.
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Es ist daher eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, Strukturen für eine elektrische Maschine mit einem möglichst wirksamen, von Kühlmittel durchströmbaren Kühlmantel bereitzustellen, welche einen hohen Temperaturaustrag aus der elektrischen Maschine bei technisch einfacher Konstruktion und leichter Herstellbarkeit ermöglicht.
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Die Aufgabe wird gelöst durch die Gegenstände der unabhängigen Patentansprüche. Vorteilhafte Ausführungsformen sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche, der nachfolgenden Beschreibung sowie der Figuren.
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Gemäß einem ersten Aspekt der Erfindung wird ein Einsatz für einen Kühlmantel einer elektrischen Maschine bereitgestellt. Der Einsatz umfasst einen flachen Grundkörper und wenigstens ein Strömungselement. Der flache Grundkörper weist einen ersten Durchbruch zur Verbindung mit einem Vorlaufanschluss für Kühlmittel und einen zweiten Durchbruch zur Verbindung mit einem Rücklaufanschluss für Kühlmittel auf, das Strömungselement steht von dem flachen Grundkörper ab, und der flache Grundkörper ist dazu eingerichtet, zylinderförmig geformt zu werden. Weiterhin ist der flache Grundkörper dazu eingerichtet, in zylinderförmigem Zustand in den Kühlmantel der elektrischen Maschine eingesetzt zu werden, so dass das Strömungselement in den Kühlmantel hineinragt. Ferner ist das Strömungselement dazu eingerichtet, eine Strömung von Kühlmittel, welches durch den Kühlmantel fließt, zu kanalisieren und/oder zu verwirbeln, wenn das Strömungselement in den Kühlmantel hineinragt. Der Kühlmantel der elektrischen Maschine ist typischerweise zylinderförmig. Der Einsatz kann ebenfalls in eine Zylinderform gebracht werden, sodass der Einsatz in den zylinderförmigen Kühlmantel einbringbar ist. Der Einsatz kann bereits zylinderförmig sein oder z.B. im Wesentlichen eben sein und durch Verformung, z.B. Biegen, in die Zylinderform gebracht werden.
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Der Einsatz kann einfach und kostengünstig hergestellt werden, anschließend verformt und in den Kühlmantel der elektrischen Maschine eingebracht werden. Somit können der Einsatz und die übrigen Bestandteile der elektrischen Maschine, welche den Kühlmantel ausbilden, getrennt voneinander hergestellt werden, wodurch ein modularer Aufbau der elektrischen Maschine mit dem Kühlmantel und darin wirkender Strömungselemente ermöglicht wird. Auf ein fertigungstechnisch anspruchsvolles, aufwändiges und kaum mögliches Anbringen von Strömungselementen, zum Beispiel von Rippenstiften oder anderer Turbulatoren an den Bestandteilen, welche den Kühlmantel ausbilden, kann somit verzichtet werden. Somit kann die elektrische Maschine besonders einfach und kostengünstig hergestellt werden, wobei die Effizienz der Wärmeübertragung durch den Kühlmantel deutlich erhöht ist. Insbesondere kann die Effizienz der Wärmeübertragung mittels der Strömungselemente, welche in den Kühlmantel eingebracht werden können, dadurch erhöht werden, indem die Grenzschicht, welche die Wärmeübertragung behindert, positiv beeinflusst wird, oder indem passive Maßnahmen vorgesehen werden, wie etwa eine Oberflächenvergrößerung des Kühlkanals bei gleichem Kanalquerschnitt und Kontur nahe Kühlkanäle.
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Gemäß einer Ausführungsform ist der Einsatz ein Blech oder ein Kunststoffformteil in Mattenform. Das Blech kann insbesondere durch das Fertigungsverfahren Sicken auf der Oberfläche des Blechs erzeugt werden. Die Zylinderform des Blechs kann besonders einfach durch ein Biegeverfahren erzeugt werden. Das Kunststoffformteil kann besonders leicht zu einem Zylinder geformt werden und besonders einfach in den Kühlmantel der elektrischen Maschine eingelegt werden. Sowohl das Blech als auch das Kunststoffformteile können somit besonders einfach hergestellt werden und sind besonders kostengünstig.
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Gemäß einer weiteren Ausführungsform umfasst das Strömungselement einen Turbulator. Unter einem Turbulator kann insbesondere eine vorgesehene Unebenheit auf einer der Oberflächen des flachen Grundkörpers verstanden werden, wobei die Unebenheit dazu eingerichtet ist eine laminare Strömung einer Kühlflüssigkeit in eine turbulente Strömung zu überführen, wenn der Einsatz zu einem Zylinder geformt ist, sich innerhalb des Kühlmantels der elektrischen Maschine befindet, die Strömungselemente bzw. deren Turbulatoren in den Kühlmantel hineinragen und die Kühlflüssigkeit den Kühlmantel durchströmt. Der Turbulator ermöglicht eine Verwirbelung der Strömung der Kühlflüssigkeit, welche durch den Kühlmantel der elektrischen Maschine geleitet wird, wenn der Einsatz in zylindrischer Form in den Kühlmantel eingebracht ist und der Turbulator in den Kühlmantel hineinragt.
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Diese Ausführungsform liegt die Erkenntnis zugrunde, dass die Art der Strömung der Kühlflüssigkeit einen maßgeblichen Einfluss auf die Effektivität des Wärmeübergangs hat. Dabei bestimmt die Höhe der Turbulenz der Strömung der Kühlflüssigkeit die Höhe des Wärmeübergangs. Eine Wärmeübertragung durch Konvektion erfolgt durch heranführen kalter Moleküle einer Kühlflüssigkeit an eine Oberfläche. Bei diesem Prozess müssen ständig neue Moleküle nach geführt werden, damit ein Wärmeaustausch erfolgt. Je lebhafter die Bewegung der Kühlflüssigkeit dabei ist, desto größer ist auch die Wärmeübertragung durch Konvektion. Bei einer turbulenten Strömung ist der Wärmeübergang deutlich besser als bei einer laminaren Strömung. Diese Ausführungsform ermöglicht, dass der Kühlmantel konstruktiv so ausgeführt werden kann, dass eine turbulente Strömung (Verwirbelung) erreicht werden kann.
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Der Turbulator kann insbesondere eine Längsrippe, eine Querrippe, oder ein Rippenstift sein. Die Längsrippe und die Querrippe ermöglichen insbesondere eine Umlenkung der Strömungsrichtung der Kühlflüssigkeit und eine Erhöhung der Turbulenz der Strömung der Kühlflüssigkeit sowie eine Erhöhung des Wärmeübergangs. 27 und 28 veranschaulichen, wie die Grenzschicht einer Strömung durch turbulente Strömung infolge verrippter Oberflächen beeinflusst werden kann. Die Rippenstifte ermöglichen insbesondere eine optimale Erhöhung des Wärmeübergangs bei nur geringem Druckverlust, wenn die Rippenstifte im Kühlmantel hervor stehen.
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Gemäß einer weiteren Ausführungsform umfasst der Einsatz wenigstens zwei Strömungselemente, wobei die Strömungselemente dazu eingerichtet sind, gemeinsam einen Kanal innerhalb des Kühlmantels auszubilden, wenn die Strömungselemente in den Kühlmantel hineinragen. Der Kanal ermöglicht eine Strömungsleitung bzw. Kanalisierung der Kühlflüssigkeit und eine Erhöhung der Turbulenz der Strömung der Kühlflüssigkeit sowie eine Erhöhung des Wärmeübergangs.
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Weiterhin kann wenigstens eines der zwei Strömungselemente wenigstens ein Verwirbelungselement aufweisen, wobei das Verwirbelungselement von dem jeweiligen Strömungselement absteht und in den Kanal hineinragt. Das wenigstens eine Verwirbelungselement leistet einen Beitrag, die Turbulenz der Strömung der Kühlflüssigkeit weiter zu erhöhen.
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Außerdem können die wenigstens zwei Strömungselemente schwingungsförmig oder zick-zack-förmig parallel zueinander verlaufen. Durch diese Formgebung der Strömungselemente und dadurch auch des wenigstens einen Kanals zwischen den Strömungselementen wird eine besonders effektive Erhöhung der Turbulenz der Strömung der Kühlflüssigkeit sowie des Wärmeübergangs ermöglicht.
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Gemäß einer weiteren Ausführungsform umfasst der Einsatz wenigstens drei Strömungselemente, wobei die Strömungselemente dazu eingerichtet sind, gemeinsam einen mäanderförmigen Kanal innerhalb des Kühlmantels auszubilden, wenn die Strömungselemente in den Kühlmantel hineinragen. Mit der Erzeugung des mäanderförmigen Kanals innerhalb des Kühlmantels kann einerseits eine Grenzschicht der innerhalb des Kühlmantels strömenden Kühlflüssigkeit wiederholt aufgerissen werden und andererseits der Turbulenzgrad der Strömung erhöht werden, um durch einen erhöhten Impuls und Energieaustausch den Wärmeübergang zu verbessern. Diese Ausführungsform ermöglicht somit die Effizienz der Wärmeübertragung zu erhöhen, indem die Grenzschicht, welche die Wärmeübertragung behindert, positiv beeinflusst wird.
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Gemäß einem zweiten Aspekt der Erfindung wird eine elektrische Maschine bereitgestellt, insbesondere für einen Hybridantrieb eines Kraftfahrzeugs. Die elektrische Maschine umfasst einen Einsatz gemäß dem ersten Aspekt der Erfindung, ein erstes Gehäuseteil mit einer in Umfangsrichtung verlaufenden Nut und ein zweites Gehäuseteil mit einem Vorlaufanschluss für Kühlmittel und einem Rücklaufanschluss für Kühlmittel. Das erste Gehäuseteil und das zweite Gehäuseteil bilden im Bereich der Nut zwischen sich einen Kühlmantel aus, der Einsatz ist zylinderförmig geformt und innerhalb des Kühlmantels angeordnet, sodass das wenigstens eine Strömungselement des Einsatzes in den Kühlmantel hineinragt.
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Betreffend weitere Effekte und vorteilhafte Ausführungsformen der elektrischen Maschine gemäß dem zweiten Aspekt der Erfindung wird zur Vermeidung von Wiederholungen auf die vorstehenden Ausführungen im Zusammenhang mit dem ersten Aspekt der Erfindung sowie auf die weiter unten beschriebenen Ausführungsbeispiele verwiesen.
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Gemäß einem dritten Aspekt der Erfindung wird eine weitere elektrische Maschine bereitgestellt, insbesondere für einen Hybridantrieb eines Kraftfahrzeugs. Die elektrische Maschine umfasst einen spiralförmigen Einsatz, ein erstes Gehäuseteil mit einer in Umfangsrichtung verlaufenden Nut und ein zweites Gehäuseteil mit einem Vorlaufanschluss für Kühlmittel und einem Rücklaufanschluss für Kühlmittel. Das erste Gehäuseteil und das zweite Gehäuseteil bilden im Bereich der Nut zwischen sich einen Kühlmantel aus und der spiralförmige Einsatz ist innerhalb des Kühlmantels angeordnet, sodass innerhalb des Kühlmantels ein schraubenspindelförmiger Kanal entlang der Nut gebildet wird.
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Im Folgenden werden Ausführungsbeispiele der Erfindung anhand der schematischen Zeichnung näher erläutert. Hierbei zeigt
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1 eine Draufsicht auf ein Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Einsatzes für einen Kühlmantel einer elektrischen Maschine,
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2 eine perspektivische Ansicht des Einsatzes nach 1,
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3 eine Draufsicht auf ein weiteres Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Einsatzes für einen Kühlmantel einer elektrischen Maschine,
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4 eine perspektivische Ansicht des Einsatzes nach 3,
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5 eine Draufsicht auf ein weiteres Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Einsatzes für einen Kühlmantel einer elektrischen Maschine,
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6 eine perspektivische Ansicht des Einsatzes nach 5,
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7 eine Draufsicht auf ein weiteres Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Einsatzes für einen Kühlmantel einer elektrischen Maschine,
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8 eine perspektivische Ansicht des Einsatzes nach 7,
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9 bis 13 jeweils eine Draufsicht auf ein weiteres Ausführungs beispiel eines erfindungsgemäßen Einsatzes für einen Kühlmantel einer elektrischen Maschine,
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14 eine Draufsicht auf ein weiteres Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Einsatzes für einen Kühlmantel einer elektrischen Maschine,
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15 eine perspektivische Ansicht des Einsatzes nach 14,
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16 eine Draufsicht auf ein weiteres Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Einsatzes für ein kümmerte einer elektrischen Maschine,
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17 eine perspektivische Ansicht des Einsatzes nach 16,
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18 eine Draufsicht auf ein weiteres Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Einsatzes für einen Kühlmantel einer elektrischen Maschine,
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19 eine perspektivische Ansicht des Einsatzes nach 18,
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20 eine Draufsicht auf ein weiteres Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Einsatzes für einen Kühlmantel einer elektrischen Maschine,
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21 eine perspektivische Ansicht des Einsatzes nach 20,
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22 eine perspektivische Ansicht des Einsatzes nach 14, wobei der Einsatz zylindrisch kreisringförmig gebogen ist,
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23 eine perspektivische Ansicht des Einsatzes nach 22, wobei der Einsatz sich in einer Nut eines ersten Gehäuseteils einer elektrischen Maschine befindet,
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24 eine perspektivische Explosionsdarstellung des Einsatzes und des ersten Gehäuseteils nach 23 sowie eines zweiten Gehäuseteils und eines Lagerschilds,
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25 eine Längsschnittdarstellung des Einsatzes, der Gehäuseteile sowie des Lagerschilds nach 24 in zusammengesetzten Zustand,
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26 eine perspektivische Ansicht eines weiteren Ausführungsbeispiels eines erfindungsgemäßen spiralförmigen Einsatzes in einer Nut eines ersten Gehäuseteils,
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27 eine Seitenansicht eines Profils mit 2 Querrippen und ein Strömungsverlauf eines Fluid, welches entlang des Profils strömt,
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28 eine perspektivische Ansicht des Profils nach 27,
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29 ein Strömungsverhalten eines Fluid am Beispiel eines Turbulators in Form einer Platte und
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30 ein Strömungsverhalten eines Fluids am Beispiel eines Turbulators in Form eines Zylinders.
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1 bis 7 zeigen jeweils einen Einsatz 1 für einen Kühlmantel 2 (25) einer elektrischen Maschine 3 (25). Der jeweilige Einsatz 1 umfasst jeweils einen flachen Grundkörper 4, ein erstes Strömungselement 5, ein zweites Strömungselement 6 und ein drittes Strömungselement 7.
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Die Strömungselemente 5 bis 7 stehen jeweils senkrecht von einer Oberfläche des jeweiligen flachen Grundkörpers 4 ab und verlaufen parallel zueinander. Zwischen sich bilden die Strömungselemente 5 bis 7 einen ersten Kanal 8 sowie einen zweiten Kanal 9 aus. Ebenso wie die Strömungselemente 5 bis 7 verlaufen auch die Kanäle 8 und 9 parallel zueinander. Eine mögliche Strömungsrichtung einer Kühlflüssigkeit, zum Beispiel Öl, ist durch 3 Pfeile im oberen Bereich von 1 veranschaulicht. Die Kühlflüssigkeit kann durch die Kanäle 8 und 9 strömen, wobei die Kühlflüssigkeit von den Strömungselementen 5 bis 7 durch die Kanäle 8 und 9 geleitet wird. Somit bilden die Strömungselemente 5 bis 7 Trennwände zur Strömungsumlenkung und Kanalisierung der Kühlflüssigkeit aus.
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Der flache Grundkörper 1 kann ferner einen nicht durch 1 bis 8 gezeigten ersten Durchbruch zur Verbindung mit einem Vorlaufanschluss für Kühlmittel und einen nicht durch 1 bis 8 gezeigten zweiten Durchbruch zur Verbindung mit einem Rücklaufanschluss für Kühlmittel aufweisen (vgl. hierzu 14 bis 25). Der Einsatz 1 kann z.B. ein Blech sein, welches durch Sicken derart bearbeitet worden ist, dass die Strömungselemente 5 bis 7 entstanden sind. Weiterhin kann der Einsatz z.B. ein Kunststoffformteil in Mattenform sein.
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Die Strömungselemente 5 bis 7 gemäß 1 und 2 verlaufen zickzackförmig. Dementsprechend weisen auch die Kühlkanäle 8 und 9 gemäß 1 und 2 einen zickzackförmig Verlauf auf.
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Die Strömungselemente 5 bis 7 gemäß 3 und 4 verlaufen schwingungsförmig. Dementsprechend weisen auch die Kühlkanäle 8 und 9 gemäß 3 und 4 einen schwingungsförmigen Verlauf auf.
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Die Strömungselemente 5 bis 7 gemäß 5 bis 8 bilden jeweils eine Verrippung der Kanäle 8 und 9 aus. Dazu weisen die Strömungselemente 5 bis 7 jeweils mehrere Verwirbelungselemente 10 bzw. 11 auf, wobei aus Gründen der besseren Übersichtlichkeit in 5 bis 8 nicht sämtliche der Verwirbelungselemente mit einem Bezugszeichen („10“ in 5 und 6 und „11“ in 7 und 8) versehen ist.
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Die Verwirbelungselemente 10 gemäß 5 und 6 stehen jeweils senkrecht von den zwei Oberflächen der Strömungselemente 5 bis 7 ab.
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Die Verwirbelungselemente 11 gemäß 7 und 8 weisen eine dreieckige Form auf und stehen jeweils von einer der zwei Oberflächen der Strömungselemente 5 bis 7 ab. Auf der jeweiligen anderen der zwei Oberflächen der Strömungselemente 5 bis 7 bilden die Verwirbelungselemente 11 jeweils eine dreieckige Bucht aus.
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9 bis 13 zeigen jeweils einen weiteren Einsatz 1 für einen Kühlmantel 2 (25) einer elektrischen Maschine 3 (25). Der jeweilige Einsatz 1 umfasst jeweils einen flachen Grundkörper 4 und eine Mehrzahl Strömungselemente 12 (9), 13 (10), 14 (11), 15 (12) bzw. 16 (13).
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Die Strömungselemente 12 bis 16 stehen jeweils senkrecht von einer Oberfläche des jeweiligen flachen Grundkörpers 4 ab und verlaufen bezogen auf eine Strömungsrichtung einer Kühlflüssigkeit (in 9 bis 13 mit 3 parallelen Pfeilen oberhalb des jeweiligen Einsatzes 1 dargestellt) entweder parallel zur Strömungsrichtung beabstandet zueinander in drei parallelen Reihen (10, 11 und 12) oder in einer Richtung quer zur Strömungsrichtung in fünf parallelen Reihen beabstandet zueinander und versetzt zueinander angeordnet (9 und 13). Die durch 10, 11 und 12 gezeigte Anordnung der Turbulatoren zueinander ermöglicht bereits eine hohe Turbulenz einer Strömung einer Kühlflüssigkeit, welche durch die Turbulatoren hindurch tritt. Die Turbulenz kann durch die Anordnung gemäß 9 und 13 nochmals gesteigert werden.
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Aus Gründen der besseren Übersichtlichkeit ist in 9 bis 13 jeweils lediglich eines der Strömungselemente 12 bis 16 mit einem Bezugszeichen versehen. Die Strömungselemente 12 bis 16 stellen jeweils einen Turbulator dar, welcher ermöglicht, eine turbulente Strömung innerhalb des Kühlmantels 2 zu erzeugen, sofern der jeweilige Einsatz 1 zu einem Zylinder geformt ist und sich innerhalb des Kühlmantels 2 befindet, wobei die jeweiligen Strömungselemente 12 bis 16 in den Kühlmantel 2 hineinragen. Mit anderen Worten bilden die Strömungselemente 12 bis 16 Verwirbelungselemente, welche die Turbulenz der Strömung der Kühlflüssigkeit innerhalb des Kühlmantels erhöhen können.
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Die Turbulatoren gemäß 9 bis 13 stellen Rippenstifte dar, welche im Gegensatz zu Längsrippen oder Querrippen eine wesentlich geringere Breite und Länge aufweisen. Der Turbulator 12 nach 9 weist eine zylindrische Form auf, der Rippenstift 13 nach 10 einen kreisförmigen Querschnitt, der Rippenstift 14 nach 11 einen Querschnitt in Form eines Parallelogramm, der Rippenstift 15 nach 12 einen quadratischen Querschnitt und der Rippenstift 16 nach 13 einen rautenförmigen Querschnitt. Die durch 9 bis 13 gezeigten Querschnittsformen der Rippenstifte 12 bis 16 ermöglichen eine optimale Erhöhung des Wärmeübergangs bei nur geringem Druckverlust, da die gezeigten Querschnitte einen relativ geringen Strömungswiderstand innerhalb des Kühlmantel zu erzeugen.
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Bezüglich des Strömungswiderstands bilden sich bei einer glatten oder laminaren Strömung hinter einem umströmten Körper keine Wirbel aus. Solche glatten Strömungen treten nur bei stromlinienförmigen Körpern und kleinen Strömungsgeschwindigkeit auf. Bei einer verwirbelten oder turbulenten Strömung bilden sich hinter dem Körper Wirbel aus. Durch eine solche Wirbelbildung vergrößert sich der Strömungswiderstand. Er ist umso größer, je stärker die Wirbelbildung ist. Der Strömungswiderstand eines Körpers ist umso größer, je größer die Querschnittsfläche des Körpers ist, je größer die Relativgeschwindigkeit zwischen Körper und umgebendem Stoff ist und je größer die Dichte des Stoffes ist. Er ist auch abhängig von der Form und von der Oberflächenbeschaffenheit des Körpers. Eckige Formen und raue Oberflächen vergrößern in der Regel den Strömungswiderstand. Setzt man beispielsweise den Strömungswiderstand bei einem stromlinienförmig geformten Körper mit einem Referenzwert „1“ an, so kann zum Beispiel der Strömungswiderstand bei einer Kugel mit gleicher Querschnittsfläche, gleicher Oberflächenbeschaffenheit und gleicher Strömungsgeschwindigkeit achtmal so groß sein. Durch 29 und 30 wird ein entsprechendes Strömungsverhalten am Beispiel einer Platte (29) und eines Zylinders (30) gezeigt.
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Die jeweiligen flachen Grundkörper 1 gemäß 9 bis 13 können ferner einen nicht durch 1 bis 8 gezeigten ersten Durchbruch zur Verbindung mit einem Vorlaufanschluss für Kühlmittel und einen nicht durch 1 bis 8 gezeigten zweiten Durchbruch zur Verbindung mit einem Rücklaufanschluss für Kühlmittel aufweisen (vgl. 14 bis 25). Der Einsatz 1 kann z.B. ein Blech sein, welches durch Sicken derart bearbeitet worden ist, dass die Strömungselemente 5 bis 7 entstanden sind. Weiterhin kann der Einsatz z.B. ein Kunststoffformteil in Mattenform sein.
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14 und 15 zeigen einen weiteren Einsatz 1 für einen Kühlmantel 2 (25) einer elektrischen Maschine 3 (25). Der Einsatz 1 umfasst einen flachen Grundkörper 4, einen ersten Durchbruch 17 in Form einer kreisförmigen Bohrung zur Verbindung mit einem Vorlaufanschluss für Kühlmittel (25) und einen zweiten Durchbruch 18 in Form einer weiteren kreisförmigen Bohrung zur Verbindung mit einem Rücklaufanschluss für Kühlmittel (25). Weiterhin umfasst der Einsatz 1 eine Mehrzahl Strömungselemente 19, 20 und 21.
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Die Strömungselemente 19 bis 21 stehen jeweils senkrecht von einer Oberfläche des flachen Grundkörpers 4 ab. Insgesamt weist der Einsatz 1 vier Strömungselemente 19 in Form von quaderförmigen Querrippen auf. Weiterhin weist der Einsatz 1 eine erste im Querschnitt T-förmige Querrippe 20 und eine zweite im Querschnitt T-förmige Querrippe 21 auf. Die Strömungselemente 19 bis 21 sind derart zueinander angeordnet, dass durch sie ein mäanderförmiger Kanal 22 ausgebildet wird, wobei ein Strömungsverlauf von Kühlmittel, welches durch den mäanderförmig Kanal 22 fließen kann, in 14 durch Pfeile verdeutlicht wird. Demnach kann Kühlflüssigkeit über den ersten Durchbruch 17 in den Kanal geleitet werden, dort entlang der Strömungselemente 19 bis 21 fließen bzw. durch die Strömungselemente 19 bis 21 kanalisiert oder geleitet werden, sodass die Kühlflüssigkeit nach Durchströmen des Kanals 22 über den zweiten Durchbruch 18 aus dem Kanal 22 abfließen kann. Die im Querschnitt T-förmigen Querrippen 20 und 21 bewirken dabei eine Trennung des ersten Durchbruchs 17 von dem zweiten Durchbruch 18, sodass Kühlflüssigkeit nicht unmittelbar zwischen den Durchbrüchen 17 und 18 fließen kann, sondern über die Querrippen 19 durch den Kanal 22 geleitet wird, bevor es über den zweiten Durchbruch 18 abfließt.
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16 und 17 zeigen einen weiteren Einsatz 1 für einen Kühlmantel 2 (25) einer elektrischen Maschine 3 (25). Der Einsatz 1 nach 16 und 17 bildet durch seine Strömungselemente 23 und 24 ebenfalls einen mäanderförmigen Kanal 22 aus und weist ebenfalls einen ersten Durchbruch 17 und einen zweiten Durchbruch 18 ähnlich wie durch 14 und 15 gezeigt auf.
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Die Strömungselemente 23 und 24 bilden im wesentlichen Längsrippen aus, welche derart angeordnet sind, dass sie den mäanderförmigen Kühlkanal 22 bilden. Ein erstes der Strömungselemente 23 weist dabei einen im Wesentlichen U-förmigen Querschnitt auf mit zwei längeren Schenkeln 25 und 26, welche Längsrippen ausbilden, und mit einem kürzeren Quersteg 27, welcher die Schenkel 25 und 26 miteinander verbindet und verhindert, dass Kühlflüssigkeit, welche über den ersten Durchbruch 17 in den mäanderförmigen Kanal 22 eintritt, unmittelbar zu dem zweiten Durchbruch 18 gelangen kann. Zwischen den Schenkeln 25 und 26 ist das zweite Strömungselement 24 angeordnet, wobei das zweite Strömungselement 24 eine weitere Längsrippe ausbildet, welche ein Stück weit aus dem U-förmigen Querschnitt des ersten Strömungselements 23 herausragt, sodass der mäanderförmige Kühlkanal 22 gebildet wird.
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18 und 19 zeigen einen weiteren Einsatz 1 für einen Kühlmantel 2 (25) einer elektrischen Maschine 3 (25). Der Einsatz 1 weist ebenfalls einen ersten Durchbruch 17 und einen zweiten Durchbruch 18 ähnlich wie durch 14 und 15 gezeigt auf. Der Einsatz 1 weist eine Vielzahl zylinderförmiger Rippenstifte 12 auf, welche in parallelen Reihen beabstandet zueinander angeordnet sind. Ähnlich wie durch 14 und 15 gezeigt, weist der Einsatz weiterhin zwei im Querschnitt T-förmige Querstege 20 und 21 auf, welche einen strömungstechnischen Kurzschluss zwischen dem ersten Durchbruch 17 und dem zweiten Durchbruch 18 verhindern. Eine mögliche Strömungsrichtung einer Kühlflüssigkeit entlang der zylinderförmigen Rippenstifte 12 ist durch Pfeile veranschaulicht.
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20 und 21 zeigen einen weiteren Einsatz 1 für einen Kühlmantel 2 (25) einer elektrischen Maschine 3 (25). Der Einsatz 1 nach 20 und 21 ähnelt dem Einsatz nach 14 und 15 und bildet durch seine Strömungselemente 19 und 20 in Form von Querrippen einen mäanderförmigen Kanal 22 aus. Weiterhin weist der Einsatz 1 ebenfalls einen ersten Durchbruch 17 und einen zweiten Durchbruch 18 ähnlich wie durch 14 und 15 gezeigt auf.
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Der Einsatz 1 nach 20 und 21 unterscheidet sich von dem Einsatz 1 nach 14 und 15 insbesondere dadurch, dass der Einsatz 1 lediglich eine Querrippe 20 mit einem T-förmigen Querschnitt aufweist, welche einen strömungstechnischen Kurzschluss zwischen dem ersten Durchbruch 17 und dem zweiten Durchbruch 18 verhindert. Weiterhin sind die Querrippen 19 mit Verwirbelungselementen 28 versehen, welche jeweils seitlich von den zwei Oberflächen der Strömungselemente 19 abstehen und einen halbkreisförmigen Querschnitt aufweisen. Ferner stehen von dem flachen Grundkörper 4 weitere Turbulatoren 29 senkrecht ab, welche einen halbmondförmigen Querschnitt aufweisen, deren Öffnung entgegen der Strömungsrichtung gerichtet ist. Die Verwirbelungselemente 28 und die weiteren Turbulatoren 29 bewirken eine weitere Verwirbelung des Kühlmittels auf seinem Strömungsweg durch den mäanderförmigen Kühlkanal 22.
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22 zeigt den Einsatz 1 nach 14 und 15, wobei der Einsatz 1 zylindrisch aufgebogen worden ist und nunmehr eine zylindrische Form aufweist. Obwohl 22 beispielhaft den Einsatz nach 14 und 15 zeigt, sind auch die übrigen Einsätze nach den 1 bis 21 entsprechend formbar.
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23 zeigt ein erstes Gehäuseteil 30 mit einer Nut in Form einer Kühlmantelnut, innerhalb welcher sich der Einsatz 1 nach 22 befindet.
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24 zeigt das erste Gehäuseteil 30 und den Einsatz 1 nach 23, wobei zusätzlich ein zweites Gehäuseteil 31 und ein Lagerschild 32 dargestellt sind. Das zweite Gehäuseteil 31 kann in einer Montagerichtung, welche durch den Pfeil 33 verdeutlicht ist, derart auf das erste Gehäuseteil 30 mit dem Einsatz 1 geschoben werden, dass – wie durch 25 gezeigt – zwischen den Gehäuseteilen 30 und 31 ein Kühlmantel 2 ausgebildet wird, wobei sich der Einsatz 1 mit seinen Strömungselementen 19 bis 21 innerhalb des Kühlmantels 2 befindet und in diesem einen mäanderförmigen Kühlkanal 22 ausbildet. Durch die vorstehend beschriebene Montage kann ein Teil einer elektrischen Maschine 3 hergestellt werden.
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25 zeigt weiterhin einen Vorlaufanschluss 34, welchen das zweite Gehäuseteil 31 integriert ist, und einen Rücklaufanschluss 35, welcher ebenfalls in das zweite Gehäuseteil 31 integriert ist. Der Vorlaufanschluss 34 ist mit dem ersten Durchbruch 17 des Einsatzes 1 verbunden, und der Rücklaufanschluss 35 ist mit dem zweiten Durchbruch 18 des Einsatzes 1 verbunden. Auf diese Weise kann eine Kühlflüssigkeit über den Vorlaufanschluss 34 innerhalb des zweiten Gehäuseteils 31 und den ersten Durchbruch 17 des Einsatzes 1 in den Kühlmantel 2 eintreten, dort durch den mäanderförmigen Kanal 22 geleitet werden, und über den zweiten Durchbruch des Einsatzes 1 sowie den Rücklaufanschluss 35 des zweiten Gehäuseteil 31 wieder aus dem Kühlmantel 2 austreten. Ferner ist in 25 die Nut innerhalb des ersten Gehäuseteils 30 mit dem Bezugszeichen 36 versehen.
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26 zeigt einen Teil einer alternativen elektrischen Maschine 3‘, welche einen spiralförmigen Einsatz 1‘ und ein erstes Gehäuseteil 30‘ mit einer in Umfangsrichtung verlaufenden Nut 36‘ umfasst. Die elektrische Maschine 3‘ umfasst ferner ein nicht dargestelltes zweites Gehäuseteil mit einem Vorlaufanschluss für Kühlmittel und einem Rücklaufanschluss für Kühlmittel, wobei das zweite Gehäuseteil ähnlich ausgestaltet sein kann wie durch 24 und 25 gezeigt. Das erste Gehäuseteil 30‘ und das zweite Gehäuseteil können im Bereich der Nut 36‘ zwischen sich einen Kühlmantel (ähnlich wie durch 25 gezeigt) ausbilden und der spiralförmige Einsatz 1‘ ist innerhalb des Kühlmantels angeordnet, sodass innerhalb des Kühlmantels ein schraubenspindelförmiger Kanal entlang der Nut 36‘ gebildet wird.
