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Die Erfindung betrifft eine elektrische Maschine, umfassend einen Rotor mit einer Rotorwelle, die von einem bei rotierendem Rotor feststehenden Rohr umfassend wenigstens einen Zulaufkanal zum Zuführen eines Kühlmittels umgeben ist, wobei das Kühlmittel über wenigstens eine Öffnung in einen Rücklaufkanal zwischen dem Rohr und dem Rotor strömt, wobei der Rücklaufkanal über ein Gleitdichtelement, umfassend ein rohrseitig angeordnetes erstes Dichtteil und ein rotorseitig angeordnetes zweites Dichtteil abgedichtet ist.
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Da elektrische Maschine im Betrieb oft beachtlich warm werden ist es bekannt, sie aktiv zu kühlen. Bei einer elektrischen Maschine mit einem innenliegenden Rotor und einem außenliegenden Stator ist eine Rotorinnenkühlung bekannt, bei der der Rotor aktiv mit einem zum Rotorinneren zirkulierenden Kühlmittel aktiv gekühlt wird. Hierzu ist eine Rotorwelle, die mit dem Rotor verbunden ist und mit ihm rotiert, von einem feststehenden Rohr umgeben, das üblicherweise als „Lanze“ bezeichnet wird. Dieses Rohr weist wenigstens einen axialen, sich über einen Abschnitt des Rohres oder über dessen nahezu gesamter Länge erstreckenden Zulaufkanal für ein von außerhalb zugeführtes Kühlmittel auf. Über eine oder mehrere radiale Öffnungen respektive Bohrungen tritt dieses Kühlmittel in einen Rücklaufkanal aus, der zwischen der Außenwandung des positionsfesten Rohres und der Innenwandung des im Betrieb rotierenden Rotors ausgebildet ist. Dieser Rücklaufkanal erstreckt sich ebenfalls axial durch die Anordnung, wobei das Kühlmittel am Ende des Rücklaufkanals ausgeleitet und in den Kreislauf rückgeführt wird.
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Der Rücklaufkanal ist an seinem Ende, an dem die Übergabe des über den Zulaufkanal zugeführten Kühlmittels in den Rücklaufkanal erfolgt, über ein Gleitdichtelement abgedichtet, über das ein Austreten des Kühlmittels aus dem Innenkühlungsbereich, also aus dem Rücklaufkanal in den Aktivraum der elektrischen Maschine verhindert wird. Dieses Gleitdichtelement umfasst ein erste Dichtteil, das rohrseitig angeordnet ist, also positionsfest ist, sowie ein zweites Dichtteil, das rotorseitig angeordnet ist, mithin also mit dem Rotor rotiert. Die Dichtteile liegen gleitend aneinander, so dass eine dichte Anordnung gegeben ist.
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Mitunter kommt es jedoch im Bereich dieser Gleitdichtung zu einer Leckage, das heißt, dass in geringem Umfang Kühlmittel durch das Gleitdichtelement tritt und in den Umgebungsraum respektive den Aktivraum der Maschine gelangen kann. Da moderne elektrische Maschinen oft mit Feuchtigkeitssensoren versehen sind, kann diese leckagebedingte erhöhte Feuchtigkeit erfasst und zu einer Fehlermeldung führen.
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Aus
EP 2 058 085 A1 ist eine Werkzeug-Motorspindel mit einer Wellenkühlung umfassend eine Lanze bekannt. Im Bereich des Spindeleingangs erfolgt die Kühlmittelzufuhr über eine Kanal- und Bohrungsanordnung, die der Lanze vorgeschaltet ist, wobei entsprechende Zulaufbohrungen mit dem Zulaufkanal der Lanze kommunizieren. Entsprechend kommuniziert der lanzenseitige Rücklaufkanal mit entsprechenden, der Rückführung dienenden Bohrungen dieser Anordnung. Eine etwaige in diesem Übergabebereich anfallende Leckage wird über einen an dieser Anordnung ausgebildeten Umlauf abgeführt.
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Aus
DE 19 589 40 A ist eine elektrische Maschine mit einer Einlass- und Auslassvorrichtung für eine Kühlflüssigkeit bekannt, die an eine Rotorwelle axial angesetzt wird und einen Leckagesammelkasten aufweist, in dem sich etwaige Leckageflüssigkeit ansammelt, die über eine Leitung zu einem Reservoire zurückgeführt wird.
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Aus
DE 10 2012 203 697 A1 ist eine elektrische Maschine mit einem Rotor zur Kühlung derselben bekannt. Die Maschine umfasst einen Stator, einen um die Drehachse drehbar gelagerten Rotor, der im Betrieb der elektrischen Maschine mit dem Stator magnetisch zusammenwirkt, eine Welle, auf der der Rotor befestigt ist und die eine axiale Bohrung aufweist, und ein Zuflusselement umfassend ein Rohr, das sich so in die axiale Bohrung erstreckt, dass ein Kühlmittel aus dem Zuflusselement in die axiale Bohrung fließen kann. Das positionsfeste Rohr, das an einem fest mit einem Maschinengehäuse verbundenen Träger befestigt ist, erstreckt sich also in die im Betrieb rotierende Rotorwelle hinein. Das Kühlmittel tritt über das Rohr ein und strömt über eine Öffnung in einen Rücklaufkanal zwischen dem Rohr und dem Rotor, wobei der Rücklaufkanal über ein an dem Träger angeordnetes Dichtelement, das zur Rotorwelle hin abdichtet, abgedichtet ist. Vorgesehen ist ein zweiter Rücklaufkanal für durch das Dichtelement tretendes Leckagekühlmittel, der mit einem Sammelraum kommuniziert. Eine vergleichbare elektrische Maschine ist aus
DE 10 2012 206 846 A1 ebenso wie aus
WO 2016/ 050 534 A1 bekannt.
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Der Erfindung liegt damit das Problem zugrunde, eine elektrische Maschine mit einem verbesserten Leckageschutz anzugeben.
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Zur Lösung dieses Problems ist eine elektrische Maschine vorgesehen, umfassend einen Rotor mit einer Rotorwelle, die von einem bei rotierendem Rotor feststehenden Rohr umfassend wenigstens einen Zulaufkanal zum Zuführen eines Kühlmittels umgeben ist, wobei das Kühlmittel über wenigstens eine Öffnung in einen Rücklaufkanal zwischen dem Rohr und dem Rotor strömt, wobei der Rücklaufkanal über ein Gleitdichtelement umfassend ein rohrseitig angeordnetes erstes Dichtteil und ein rotorseitig angeordnetes zweites Dichtteil abgedichtet ist, wobei am Rohr ein längs des Rohres verlaufender zweiter Rücklaufkanal für durch das Gleitdichtelement tretendes Leckagekühlmittel vorgesehen ist, der mit einem zwischen dem Rohr und dem Gleitdichtelement ausgebildeten Sammelraum kommuniziert..
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Erfindungsgemäß ist das Rohr, also die Lanze mit einem zusätzlichen zweiten Rücklaufkanal versehen, der ausschließlich dazu dient, etwaige sich „hinter“ dem Gleitdichtelement ansammelnde Leckageflüssigkeit, die aus dem ersten Rücklaufkanal durch das Gleitdichtelement ungewollt ausgetreten ist, definiert zu führen und abzuleiten. Hierzu kommuniziert dieser zweite Rücklaufkanal mit einem Sammelraum, in dem sich die durch das Gleitdichtelement getretene Leckageflüssigkeit sammelt, wobei dieser Sammelraum zwischen dem Gleitdichtelement und dem Rohr ausgebildet ist. Das heißt, dass eine etwaige Leckageflüssigkeit unmittelbar hinter dem Gleitdichtelement aufgefangen und dem zweiten Rücklaufkanal zugeführt wird. Es erfolgt also ein gezieltes Sammeln der Leckageflüssigkeit unmittelbar im Leckagebereich und ein gezieltes Zuführen derselben in den zweiten Rücklaufkanal, über den es axial durch die Lanze zu einem entsprechenden Auslass fließt.
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Diese Ausgestaltung bietet eine Reihe von Vorteilen. Zum einen wird durch das Sammeln des Leckagekühlmittels in einem insoweit abgeschlossenen Sammelraum verhindert, dass die Leckageflüssigkeit ungewollt und unkontrolliert in den Innenraum der Maschine respektive den Aktivraum gelangen kann, so dass sich dort keine Feuchtigkeit ansammeln kann und demzufolge die eingangs genannten, gegebenenfalls sensorisch erfassten Feuchteproblemen nicht einstellen. Das heißt, dass der Innenraum respektive Aktivraum vor Feuchtigkeit geschützt ist. Darüber hinaus erfolgt das Sammeln etwaiger Leckageflüssigkeit unmittelbar im Bereich der Leckage selbst, so dass eine unmittelbare Erfassung und Rückführung möglich ist. Aufgrund der koaxialen Anordnung des Rücklaufkanals und dem Umstand, dass eine beidseitige Dichtung gegeben ist, wird folglich ein geschlossenes Leckagerückführsystem realisiert. Zum anderen wird durch die Verhinderung eines unkontrollierten Leckageaustritts eine benachbarte Lageranordnung, über die der Rotor mittels eines Radiallagers drehbar an dem Rohr respektive der Lanze gelagert ist, welches Radiallager unmittelbar benachbart zum Gleitdichtelement vorgesehen ist, vor Feuchtigkeit geschützt.
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Der Sammelraum ist gemäß einer zweckmäßigen Weiterbildung zumindest abschnittsweise als sich zwischen dem Rohr und zwei Gleitdichtringen, von denen einer am ersten Dichtteil und einer am zweiten Dichtteil angeordnet ist und die axial aneinander anliegen, erstreckender Ringraum ausgebildet. Das Gleitdichtelement umfasst zwei Gleitdichtringe, die axial aneinander anliegen, wobei der eine Gleitdichtring positionsfest ist und am rohrseitig angeordneten Dichtteil vorgesehen ist, während der andere Gleitdichtring mit dem Rotor rotiert, er ist am rotorseitigen Dichtteil vorgesehen. Durch diese Anlage der beiden Gleitdichtringe aneinander kann nun Leckageflüssigkeit treten. Erfindungsgemäß ist nun der Sammelraum unmittelbar diesen beiden Gleitdichtringen nachgeschaltet und als sich zumindest abschnittsweise um den Umfang erstreckender, bevorzugt vollständig umlaufender Ringraum ausgebildet. Das heißt, dass der Sammelraum demzufolge unmittelbar an die Stelle einer etwaigen Leckage anschließt.
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Um eine Leckageflüssigkeit in den rohrseitigen zweiten Rücklaufkanal führen zu können, ist es zweckmäßig, wenn sich der Sammelraum mit einem Abschnitt durch das rohrseitige Dichtteil erstreckt, das mit dem zweiten Rücklaufkanal über eine axiale Öffnung kommuniziert. Das rohrseitige Dichtteil ist einerseits am Rohr festgelegt, sitzt also auf diesem auf und erstreckt sich andererseits ein Stück weit axial. Der Sammelraum erstreckt sich nun mit einem Abschnitt durch das rohrseitige Dichtteil, so dass eine etwaige Leckageflüssigkeit axial durch das Dichtteil fließen und über eine entsprechende axiale Öffnung in den zweiten Rücklaufkanal eintreten kann.
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Dabei kann das rohrseitige Dichtteil einen es am Rohr festlegenden Ring und einen diesen radial umgreifenden Haltering für den Gleitdichtring aufweisen, wobei sich der Abschnitt zwischen dem Ring und dem Haltering bis zur Öffnung erstreckt. Diese Öffnung ist bevorzugt in einem Axialdichtring ausgebildet, der entweder Teil des rohrseitigen Dichtteils ist, oder der diesem unmittelbar axial gesehen vorgeschaltet ist, und der der axialen Abdichtung des Zulaufkanals dient. Der im rohrseitigen Dichtteil ausgebildete Sammelraumabschnitt mündet demzufolge an der Öffnung des Axialdichtrings, über welche die Leckageflüssigkeit sodann direkt in den Leckagerücklaufkanal eintritt.
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Um den Sammelraum axial zu begrenzen ist es zweckmäßig, wenn das erste Dichtteil einen es am Rotor festlegenden Ring aufweist, an dem ein sich zum Rohr erstreckender Radialflansch, über den der Sammelraum axial begrenzt ist, vorgesehen ist. Dieser Radialflansch ist bevorzugt unterhalb des Gleitdichtrings des ersten Dichtteils positioniert, er streckt sich bis unmittelbar benachbart zum Rohr hin, ist von diesem jedoch über einen äußerst schmalen Spalt beabstandet, so dass sich eine Art Spaltdichtung ergibt. Über diesen Radialflansch wird der Sammelraum axial begrenzt, so dass aus ihm keine Leckageflüssigkeit in Richtung des Maschineninneren austreten kann.
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Neben der elektrischen Maschine selbst betrifft die Erfindung ferner ein Kraftfahrzeug umfassend wenigstens eine solche elektrische Maschine. Diese elektrische Maschine kann insbesondere dem Antrieb des Kraftfahrzeugs dienen, sei es dass es sich um ein rein elektrisch angetriebenes Fahrzeug handelt, oder um ein Hybridfahrzeug.
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Weitere Vorteile und Einzelheiten der vorliegenden Erfindung ergeben sich aus dem im Folgenden beschriebenen Ausführungsbeispiel sowie anhand der Zeichnung.
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Die Figur zeigt eine Teilansicht einer erfindungsgemäßen elektrischen Maschine 1, umfassend einen Stator 2 sowie einen Rotor 3, die in an sich bekannter Weise über entsprechende Lager 4, von denen der Figur nur eines gezeigt ist, relativ zueinander drehgelagert und über einen Spalt voneinander beabstandet sind.
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Der Rotor ist mit einer Rotorwelle 5 verbunden. Diese ist von einem Rohr 6 koaxial umgeben, das jedoch nicht fest mit der im Betrieb zusammen mit dem Rotor 3 rotierenden Rotorwelle 5 verbunden ist, vielmehr ist das Rohr 6, das auch als Lanze bezeichnet werden kann, positionsfest. Der Rotor 3 ist über entsprechende Lager 7, von denen in der Figur nur eines gezeigt ist, an dem Rohr 6 drehgelagert.
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Um eine Innenkühlung des Rotors 3 zu ermöglichen, ist das Rohr 6 mit wenigstens einem Zulaufkanal 8 versehen, in dem über eine nicht näher gezeigte Zuführeinrichtung ein in einem Kreislauf zirkulierendes Kühlmittel, beispielsweise Wasser oder Ähnliches, geführt wird. Der Zulaufkanal 8 weist eine oder mehrere radiale Öffnungen 9 auf, aus denen das Kühlmittel in einen koaxialen Rücklaufkanal 10 austreten kann, der zwischen der Innenwandung des Rotors 3 und der Außenwandung des Rohres 6 ausgebildet ist und sich ebenfalls axial erstreckt. Das rücklaufende Kühlmittel strömt zu einer entsprechenden Auslassanordnung, über die das Kühlmittel in den Kühlkreislauf zurückgeführt wird, bevor es wieder in den Zulaufkanal 8 eingespeist wird. Der Kühlmittelfluss ist durch die entsprechenden Strömungspfeile in der Figur dargestellt.
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Zur Abdichtung der Kanalanordnung ist ein Gleitdichtelement 11 vorgesehen, umfassend ein rohrseitig angeordnetes erstes Dichtteil 12 sowie ein rotorseitig angeordnetes zweites Dichtteil 13. Das rohrseitige Dichtteil 12 weist einen üblicherweise aus Metallblech bestehenden Ring 14 auf, über das das Dichtteil 12 am Rohr 6 festgelegt ist. Es weist ferner einen den Ring 14 umgreifenden Haltering 15 auf, an dem ein Gleitdichtring 16 angeordnet ist. Über einen radial außenliegenden Ring 17 ist das erste Dichtteil auch nach außen hin versteift.
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Das erste Dichtteil 12 weist des Weiteren einen Axialdichtring 18 auf respektive ihm ist ein solcher zugeordnet, der, wie die Figur zeigt, den Zulaufkanal 8 axial abdichtet.
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Das zweite Dichtteil 13 weist ebenfalls einen Ring 19 auf, über den es am Rotor 3 festgelegt ist. Dieser im Querschnitt U-förmige Ring 19 umfasst einen Haltering 20, in dem auch hier ein Gleitdichtring 21 aufgenommen ist. Der Gleitdichtring 21 liegt axial mit einer Dichtfläche an einer entsprechenden Dichtfläche des Gleitdichtrings 16 an, worüber eine Gleitringdichtung realisiert wird. Im Betrieb gleiten beide Gleitdichtring 16, 21 aneinander ab, wobei der Gleitdichtring 16 positionsfest ist und der Gleitdichtring 21 rotiert.
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Der Haltering 19 weist einen sich radial zum Rohr 6 erstreckenden Radialflansch 22 auf, der bis zum Rohr 6 geführt ist und von diesem lediglich über einen sehr schmalen Spalt beabstandet ist.
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Unterhalb der Gleitdichtringe 16, 21, zwischen diesen und dem Rohr 6, ist ein Sammelraum 23 für etwaige Leckageflüssigkeit, also für Kühlmittel, das durch die Gleitringdichtung hindurchtritt, ausgebildet. Es ist im Betrieb nicht ausgeschlossen, dass trotz Dichtanlage der Gleitdichtringe 16 und 21 aneinander durch diese Schnitt- oder Trennstelle etwaiges Kühlmittel hindurchtreten kann. Dieses wird nun in dem Sammelraum 23, der sich bevorzugt ringförmig um das Rohr 6 erstreckt, gesammelt.
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Der Sammelraum ist über den Radialflansch 22 axial begrenzt respektive abgedichtet, so dass sich etwaige Leckageflüssigkeit nicht in den Maschineninnenraum austreten kann. Er ist zur anderen Seite hin über den Axialdichtring 18 abgedichtet. Etwaige Leckageflüssigkeit sammelt sich diese im Sammelraum 23 und strömt im Sammelraum nach unten, sammelt sich also im unteren Sammelraumbereich an. Dort erstreckt sich der Sammelraum 23 mit einem Raumabschnitt 24 axial durch das erste Dichtteil 12, wozu der Ring 14 abgeflacht ist, so dass sich ein axial verlaufender Sammelraumabschnitt 24 ergibt, durch den etwaige Leckageflüssigkeit durch das erste Dichtteil 12 treten kann.
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Dieser Sammelraumabschnitt 24 mündet in einer Öffnung 25, die an dem Axialdichtring 18 ausgebildet ist. Diese Öffnung 25 kommuniziert wiederum mit einem zweiten Rücklaufkanal 26, der an dem Rohr 6 respektive der Lanze ausgebildet ist und sich parallel zum Zulaufkanal 8 axial längs des Rohres 6 erstreckt. Durch diesen zweiten Rücklaufkanal 26, der auch als Leckagerücklaufkanal bezeichnet werden kann, wird die gezielt im abgeschlossenen Sammelraum 23 aufgefangene Leckageflüssigkeit durch das Rohr 6 zu einem Auslass gefördert, von wo aus die Leckageflüssigkeit abgeführt und dem Kühlmittelkreislauf wieder zugeführt werden kann. Der Leckagefluss ist durch den Pfeil P1 angedeutet.
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Es ist damit auch ein geschlossenes Leckagerückführsystem gebildet, indem die Leckageflüssigkeit unmittelbar im Bereich der Leckstelle in einem geschlossenen Sammelraum aufgefangen wird und unmittelbar wiederum axial über den zweiten Rücklaufkanal 26 durch das Rohr 6 selbst abgeleitet wird. Da sich der Sammelraumabschnitt 24, die Öffnung 25 sowie der zweite Rücklaufkanal 26 an einer in der Montagestellung respektive Betriebsstellung der elektrischen Maschine unteren Position befindet ist sichergestellt, dass etwaige Leckageflüssigkeit auch zwangsläufig sich in diesem Bereich ansammelt und unmittelbar über den Sammelraumabschnitt 24 und die Öffnung 25 in den Leckagerücklaufkanal 26 eintreten und abgeführt werden kann.
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Damit ist effektiv und wirkungsvoll verhindert, dass Leckageflüssigkeit aus dem Dichtungsbereich austreten und in den Innenraum der Maschine gelangen kann, so dass dieser vor Feuchtigkeit geschützt ist. Auch das unmittelbar benachbarte Lager 7 ist vor Leckageflüssigkeit geschützt.
