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Die Erfindung betrifft einen Stator einer elektrischen Maschine mit einem Kühlmantel für ein Kühlfluid gemäß dem Oberbegriff von Patentanspruch 1, mit dem eine Verlustwärme von der elektrischen Maschine abgeführt werden kann.
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Ein solcher Stator für eine elektrische Maschine ist bereits beispielsweise aus der
DE 10 2014 208 986 A1 bekannt, wobei der Kühlmantel zwei radial unter Ausbildung eines Ringraums angeordnete Mantelelemente und eine zwischen diesen angeordnete separate Trennschale aufweist, welche als eine Fluidleitstruktur zur definierten Führung eines Kühlfluids fungiert.
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Von diesem Stand der Technik ausgehend stellt sich die Erfindung die Aufgabe, einen Stator der eingangs genannten Art baulich zu vereinfachen.
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Die vorstehend genannte Aufgabe wird durch einen Stator mit den Merkmalen von Patentanspruch 1 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen sind in den abhängigen Ansprüchen angegeben.
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Es wird somit ein Stator einer elektrischen Maschine mit einem Kühlmantel dargestellt, welcher ein erstes Mantelelement umfasst, an dem ein ringförmiges Statorblechpaket angeordnet ist und mit diesem im Wärmeaustauschkontakt steht und der weiter ein zweites Mantelelement umfasst, welches mit einem radialen Abstand zu dem ersten Mantelelement angeordnet ist und mit diesem gemeinsam einen fluiddichten Ringraum mit einem Fluidkanal ausbildet. Weiterhin sind dabei eine Einlassöffnung und eine Auslassöffnung für ein Kühlfluid vorgesehen, wobei zwischen diesen eine Fluidleitstruktur zur Erzielung einer definierten Strömungsführung ausgebildet ist.
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Es wird vorgeschlagen, das erste Mantelelement über die axiale Erstreckung des Statorblechpakets mit einer Zylinderfläche, das heißt insbesondere im Wesentlichen in diesem Bereich ohne das Vorsehen einer besonderen Strukturierung oder Profilierung auszubilden und die Fluidleitstruktur an dem zweiten Mantelelement auszubilden. Die Fluidleitstruktur wird dabei mit sich radial in Richtung des ersten Mantelelements erstreckenden Umformbereichen ausgeführt, welche den radialen Abstand zwischen den beiden Mantelelementen zumindest im Wesentlichen überbrücken.
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Die Erfindung sieht demnach vor, das nicht unmittelbar mit dem Statorblechpaket im Wärmeaustauschkontakt stehende zweite Mantelelement als ein Blechumformteil und insbesondere aus einem Stahlblech auszuführen, an dem auch durch Umformprozesse eine Fluidleitstruktur, beispielsweise in Form von Leitrippen zur Strömungsführung vorgesehen sind. Auf gesonderte Teile zur Strömungsführung kann somit verzichtet werden. Ebenso kann eine spanende Bearbeitung, wie dieses bei einer Ausführung des zweiten Mantelelements als massivteil bekannt ist, entfallen. Insgesamt kann somit ein solcher Stator sehr kostengünstig ausgeführt werden. Die gegenseitige Abdichtung der Mantelelemente kann bevorzugt durch Verschweißen erfolgen. Bevorzugt kann auch das am Statorblechpaket angeordnete erste Mantelelement aus Stahlblech ausgeführt sein, so dass der thermische Ausdehnungskoeffizient der beiden Mantelelemente im Wesentlichen identisch ist und sich auch von demjenigen des üblicherweise aus Elektroblechlamellen gefertigten Statorblechpakets nur geringfügig unterscheidet und im Wesentlichen also zu diesem thermisch angepasst ist.
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Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung bilden die Umformbereiche zumindest eine axiale Begrenzung des Ringraums und damit des Fluidkanals aus. Die dazu erforderliche Erzeugung von einer an dem zweiten Mantelelement umlaufenden Ringwulst kann mit bekannten Fertigungsverfahren einfach erfolgen. Die andere axiale Begrenzung kann durch einen radialen Ringflansch des ersten Mantelelements gebildet werden, welcher auch gleichzeitig zur drehfesten Anordnung des Stators in einem Gehäuse, beispielsweise einem Getriebe- oder Motorgehäuse eines Kraftfahrzeugantriebsstranges benutzt wird. Zur vereinfachten koaxialen Anordnung der beiden Mantelelemente können mit Vorteil auch beide axiale Begrenzungen von gegenseitig axial beabstandeten ringförmig umlaufenden Umformbereichen gebildet werden.
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Weiterführend sind mit besonderem Vorteil ebenso die Einlassöffnung und die Auslassöffnung an dem zweiten Mantelelement ausgebildet, wobei die zum Austausch des Kühlfluids erforderlichen Ausnehmungen und weitere Umformbereiche vorgesehen sind, welche sich radial in die von dem ersten Mantelelement abgewandte Richtung erstrecken. Durch bezüglich eines Fluidkanals herausgezogene Umformbereichen können insbesondere Anschlussbereiche zur insbesondere stoffschlüssigen Verbindung von Armaturen durch Löten oder Schweißen dargestellt werden.
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Insbesondere kann mit weiterem Vorteil vorgesehen sein, dass die Umformbereiche einen Trennsteg zwischen der Einlassöffnung und der Auslassöffnung ausbilden, welcher einen Übertritt von Kühlfluid in einem gegenseitigen Abstandsbereich von Einlassöffnung und Auslassöffnung im Wesentlichen unterbindet. Dieser Trennsteg kann zum einen über dessen ganze Erstreckung am ersten Mantelelement anliegen oder auch nur teilweise, sofern in einem vorgesehenen Maße eine Bypass-Strömung zwischen dem Fluideinlass und dem Fluidauslass gewünscht ist. Zur Gewährleistung einer möglichst vollständig fluidischen Trennung eines der Einlassöffnung zugeordneten Einlassbereichs des Fluidkanals und einem der Auslassöffnung zugeordneten Bereichs der Fluidkanals kann der in den Fluidkanal weisende Trennsteg gegenüber der Zylinderfläche des ersten Mantelelements mit einer Presspassung ausgeführt werden. Gleichfalls können auch die zur axialen Begrenzung ausgebildeten Umformbereiche gegenüber der radialen Erstreckung des Trennstegs mit einer geringeren Höhe ausgebildet sein. Ein zu dem ersten Mantelelement gegebenenfalls auftretender Spalt kann durch Schweißgut verschlossen werden.
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Sofern jedoch der Trennsteg eine gewisse Leckage zulassen soll, kann alternativ ebenso der Trennsteg in dessen radialer Erstreckung niedriger als die axialen Begrenzungen ausgeführt sein. Der Trennsteg und die axiale Begrenzung bzw. die axialen Begrenzungen des Fluidkanals können also mithin eine unterschiedliche radiale Erstreckung aufweisen. Gemäß einer weiteren Alternative können die axialen Begrenzungen und der Trennsteg auch mit ein und derselben radialen Erstreckung ausgeführt sein.
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In Abhängigkeit von einer Bauraumsituation können die Einlassöffnung und die Auslassöffnung in Umfangsrichtung voneinander beabstandet sein, wobei der Trennsteg einen sich in Umfangsrichtung erstreckenden Abschnitt aufweist und wodurch sich der Fluidkanal zwischen Einlassöffnung und Auslassöffnung um mehr als 360° am Umfang des Stators erstreckt. Insbesondere kann sich der Fluidkanal am Stator in Umfangsrichtung zwischen 360° und 720° erstrecken, wobei sich dadurch eine unmittelbare umfangsmäßige Überlappung der Kühlkanalabschnitte von in den Fluidkanal einströmenden kalten Kühlfluid und von aus dem Kühlkanal austretenden durch die Verlustwärme der elektrischen Maschine erwärmten Fluid ergibt, wodurch über den gesamten Umfang eine gewisse Nivellierung der Fluidtemperatur und damit der Temperatur des Stators erzielbar ist. Selbstverständlich kann sich der Fluidkanal umfangsmäßig auch über 720° hinaus erstrecken.
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Mit weiterem besonderem Vorteil ist zumindest das zweite Mantelelement als ein nahtloses Blechumformteil ausgeführt. Günstiger Weise sind beide Mantelelemente als derartige nahtlose Blechumformteile aus Rohrabschnitten ausgebildet Der vorgeschlagene Stator kann grundsätzlich sowohl für einen elektrischen Innenläufer als auch für einen elektrischen Außenläufermotor ausgebildet sein.
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Die Erfindung wird nachfolgend anhand der beigefügten Figuren an einem Ausführungsbeispiel näher erläutert.
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Es zeigen:
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1 ein Stator einer elektrischen Maschine mit einer Statorwicklung und mit einem Kühlmantel;
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2 ein Mantelelement des Kühlmantels von 1;
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3, 4 der Stator von 1 in einer schematischen teilweisen Axialschnittdarstellung in zwei verschiedenen Schnittlagen.
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1 zeigt einen ringförmigen Stator 10 einer hier nicht weiter zeichnerisch dargestellten elektrischen Maschine in Innenläuferbauweise. Der Stator 10 umfasst ein Statorblechpaket 16 aus lamelliertem Elektroblech, an dem nach radial innen weisende Statorzähne 16a mit Einzelspulen 17 ausgebildet bzw. angeordnet sind. Zur Abführung einer beim Betreiben des Stators 10 erzeugten Verlustwärme ist dieser mit einem Kühlmantel 12 ausgeführt, welcher einen Teil einer Fluidkühleinrichtung der elektrischen Maschine ausbildet. Der Kühlmantel 12 umfasst dazu ein erstes zylinderförmiges Mantelelement 14, welches über eine Zylinderfläche 14a mit dem ringförmigen Statorblechpaket 16 verbunden ist und mit diesem im Wärmeaustauschkontakt steht. Das Mantelelement 14 ist als nahtloses Stahlblechumformteil ausgebildet und weist zudem einen radial abstehenden Ringflansch 14b mit Befestigungslaschen zur Anordnung und Drehmomentabstützung des Stators 10 an einem hier nicht dargestellten Gehäuse der elektrischen Maschine auf. Der Kühlmantel 12 weist weiter ein zweites Mantelelement 18 auf, welches mit einem radialen Abstand zu dem ersten Mantelelement 14 angeordnet ist und mit diesem gemeinsam einen fluiddichten Ringraum 20 mit einem darin geführten Fluidkanal 22 ausbildet. Auch dieses zweite Mantelelement ist als ein nahtloses Stahlblechumformteil ausgebildet.
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An dem Mantelelement 18 sind eine Einlassöffnung 24a und eine Auslassöffnung 24b für ein Kühlfluid ausgebildet, wobei zur Erzielung einer definierten Strömungsführung des Kühlfluids zwischen der Einlassöffnung 24a und der Auslassöffnung 24b eine Fluidleitstruktur 26 vorgesehen ist. Diese Fluidleitstruktur 26 ist vorliegend ganzheitlich am zweiten Mantelelement 18 ausgebildet, indem dort sich radial in Richtung des ersten Mantelelements 14 erstreckende und hier zusammenhängend ausgeführte Umformbereiche 28 als Erhebungen oder Vertiefungen ausgebildet sind, welche den radialen Abstand zwischen den beiden Mantelelementen 14, 18 überbrücken.
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In den Figuren ist zu erkennen, dass beidseitige axiale Begrenzungen 20a, 20b des Ringraums 20 durch zwei umlaufende und in Richtung des ersten Mantelelements 14 weisende rillenförmige Vertiefungen gebildet sind, welche radial vorspringende Umformbereiche 28a, b ausbilden und die sich hierbei in Anlage an einer der Zylinderfläche 14a radial abgewandten Zylinderfläche 14c befinden.
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Im Bereich der Einlassöffnung 24a und der Auslassöffnung 24b sind an dem zweiten Mantelelement 18 weitere Umformbereiche 28c, 28d ausgebildet, welche sich radial in die von dem ersten Mantelelement 14 abgewandte Richtung erstrecken. Diese Umformbereiche 28c, d vergrößern zum einen lokal den Querschnitt des Fluidkanals 22 und zum anderen werden dadurch Verbindungsbereiche für Fittings zum Anschluss von entsprechenden Fluidleitungen geschaffen.
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Wie besonders gut in 2 zu erkennen, ist ein weiterer in sich zusammenhängender Umformbereich 28 mit Abschnitten 28e–g als ein Trennsteg 30 in einem Raumbereich zwischen der Einlassöffnung 24a und der Auslassöffnung 24b ausgebildet, welcher einen Übertritt von Kühlfluid in einem gegenseitigen Abstandsbereich von Einlassöffnung 24a und Auslassöffnung 24b im Wesentlichen unterbindet. Die radiale Erstreckung des Trennstegs 30 kann derjenigen der axialen Begrenzungen 20a, b entsprechen oder zu diesem Zweck auch geringfügig größer gewählt werden.
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Es ist weiter erkennbar, dass in dem hier erläuterten Ausführungsbeispiel die Einlassöffnung 24a und die Auslassöffnung 24b sowohl in axialer Richtung als auch in Umfangsrichtung am Kühlmantel 12 zueinander versetzt und dadurch voneinander beabstandet angeordnet sind. Der Trennsteg 30 weist deshalb einen sich in Umfangsrichtung erstreckenden Abschnitt 30a und zwei sich daran anschließende jeweils etwa axial verlaufende Abschnitte 30b, c auf, wodurch sich der Fluidkanal 22 zwischen der Einlassöffnung 24a und der Auslassöffnung 24b um mehr als 360° am Umfang des Stators 10 erstrecken kann. Zur Bildung des Kühlmantels 12 sind die Mantelelemente 14, 18 koaxial entlang der Mittelachse A ineinandergeschoben und an den durch die umlaufenden Umformbereiche 28a, b gebildeten axialen Begrenzungen 20a, b mittels Ausbildung von Schweißnähten 32a, b miteinander verschweißt und dort fluiddicht verschlossen.
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Bezugszeichenliste
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- 10
- Stator
- 12
- Kühlmantel
- 14
- erstes Mantelelement
- 14a
- Zylinderfläche
- 14b
- Ringflansch
- 14c
- Zylinderfläche
- 16
- Statorblechpaket
- 16a
- Statorzahn
- 17
- Spule
- 18
- zweites Mantelelement
- 20
- Ringraum
- 20a, b
- axiale Begrenzung
- 22
- Fluidkanal
- 24a
- Einlassöffnung
- 24b
- Auslassöffnung
- 26
- Fluidleitstruktur
- 28a–g
- Umformbereich
- 30
- Trennsteg
- 30a
- Umfangsabschnitt
- 30b, c
- Axialabschnitt
- 32a, b
- Schweißnaht
- A
- Mittelachse
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 102014208986 A1 [0002]
