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Die Erfindung betrifft eine Hohlwelle für einen Rotor einer elektrischen Maschine der im Oberbegriff des Patentanspruchs 1 angegebenen Art.
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Aus dem Stand der Technik, insbesondere aus dem Serienfahrzeugbau, sind Rotorwellen von elektrischen Maschinen, insbesondere Traktions-Elektromaschinen, bekannt. So offenbart beispielsweise die
US 2018/0091012 A1 eine Hohlwelle für einen Rotor einer elektrischen Maschine, mit mehreren, von einem Kühlfluid zum Kühlen der elektrischen Maschine durchströmbaren Durchströmöffnungen.
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Es besteht bei Traktions-Elektromaschinen bzw. Traktionsmotoren, mittels derer Kraftwagen, insbesondere Personenkraftwagen, antreibbar sind, aufgrund der hohen für einen Fahrzeugvortrieb erforderlichen Leistungen der Bedarf nach einer besonders effizienten Kühlung der entsprechenden Elektromaschine. Insbesondere ein direktes Kühlen von Wicklungen eines Stators der elektrischen Maschine ist heutzutage ein Haupteinflussfaktor zum Steigern einer Leistungsfähigkeit der entsprechenden elektrischen Maschine. Vor allem bei besonders bauraumeffizienten bzw. kompakt ausgebildeten elektrischen Maschinen sind Statorwicklungen lediglich an Wickelköpfen für das Kühlfluid beströmbar, zum Beispiel anspritzbar. Infolgedessen hat es sich heutzutage bewährt, das Kühlfluid durch die Hohlwelle bzw. durch die Rotorwelle hindurch in Richtung hin zu den zu kühlenden Wickelköpfen hin zu befördern. Hierzu dienen die bereits eingangs genannten Durchströmöffnungen, denen aus einem Inneren der Hohlwelle das zur Kühlung der Statorwicklungen vorgesehene Kühlfluid bereitstellbar ist bzw. bereitgestellt wird.
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In modernen, elektrisch antreibbaren Kraftwagen bzw. Personenkraftwagen sind deren jeweilige Traktions-Elektromaschinen liegend angeordnet. Das heißt eine jeweilige Axialrichtung der als Hohlwelle ausgebildeten Rotorwelle und eine jeweilige Querrichtung des Kraftwagens fallen zusammen, sofern die Traktions-Elektromaschine bestimmungsgemäß eingesetzt ist. Hierdurch ist es dem in einem Inneren der Hohlwelle befindlichen Kühlfluid möglich, dort weitestgehend ungehindert, zum Beispiel entlang der Axialrichtung bzw. der Kraftwagen-Querrichtung, zu fließen, zu schwappen etc. In diesem Fall ist dann zumindest eine der Durchströmöffnungen nicht ausreichend mit Kühlfluid versorgt, sodass ein dieser Durchströmöffnung zugeordneter Bereich der elektrischen Maschine zumindest zeitweise bzw. vorübergehend nicht mit dem Kühlfluid beströmt bzw. bespritzt wird, wodurch eine Kühlleistung bzw. Wärmeabfuhrleistung in diesem Bereich in unerwünschter Weise besonders gering ist. Eine solche unzureichende Kühlung des entsprechenden Bereichs tritt insbesondere bei einer Kurvenfahrt des Kraftwagens auf, wobei eine aufgrund der Kurvenfahrt auf das Kühlfluid wirkende Zentrifugalkraft das Kühlfluid im Inneren der Hohlwelle weg von jeweiligen kurveninneren der Durchströmöffnungen und infolgedessen hin zu kurvenäußeren der Durchströmöffnungen streben lässt.
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Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine eingangs genannte, von einem Kühlfluid durchströmbare herkömmliche Hohlwelle für einen Rotor einer elektrischen Maschine derart weiterzuentwickeln, dass eine besonders zuverlässige Kühlung der elektrischen Maschine gewährleistet ist.
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Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch eine Hohlwelle mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen mit zweckmäßigen Weiterbildungen der Erfindung sind in den übrigen Patentansprüchen angegeben.
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Um also eine im Oberbegriff des Patentanspruchs 1 genannte Hohlwelle für einen Rotor einer elektrischen Maschine derart weiterzuentwickeln, dass eine besonders zuverlässige Kühlung der elektrischen Maschine gewährleistet ist, ist erfindungsgemäß vorgesehen, dass die Hohlwelle ein erste der Durchströmöffnungen aufweisendes, erstes Hohlwellenelement umfasst. Mit anderen Worten umfasst das erste Hohlwellenelement wenigstens eine erste Durchströmöffnung oder mehrere erste Durchströmöffnungen. Darüber hinaus umfasst die Hohlwelle ein zweite der Durchströmöffnungen aufweisendes, zweites Hohlwellenelement. Das bedeutet, dass das zweite Hohlwellenelement zumindest eine zweite Durchströmöffnung oder mehrere zweite Durchströmöffnungen aufweist. Das erste Hohlwellenelement und das zweite Hohlwellenelement sind miteinander in wenigstens einem Fügebereich durch Reibschweißen verbunden, wobei in dem Fügebereich ein wenigstens eine durch das Reibschweißen gebildete Reibschweißwulst umfassendes Strömungshindernis für in axialer Richtung der Hohlwelle von der jeweiligen Durchströmöffnung weg strömendes Kühlfluid angeordnet ist. Anders ausgedrückt ist mittels des Reibschweißens in dem Fügebereich das Strömungshindernis geschaffen, das zumindest die Reibschweißwulst aufweist, die prinzipbedingt durch das Reibschweißen auftritt.
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Das Strömungshindernis, das im Inneren der Hohlwelle angeordnet ist, kann insbesondere durch die Reibschweißwulst gebildet sein und grenzt eine jeweilige innenumfangsseitige Mantelfläche des ersten Hohlwellenelements und des zweiten Hohlwellenelements voneinander ab. Das Kühlfluid, das sich bei entsprechend schneller Rotation der Hohlwelle an die jeweiligen innenumfangsseitigen Mantelflächen anschmiegt, bildet entlang einer radialen Richtung der Hohlwelle ausgehend von den jeweiligen innenumfangsseitigen Mantelflächen einen jeweiligen Kühlfluidspiegel. Der jeweilige Kühlfluidspiegel ist bei einer Kurvenfahrt des mit der Hohlwelle ausgerüsteten elektrisch antreibbaren Kraftwagens einer entsprechenden Zentrifugalkraft unterworfen, wodurch das Kühlfluid zwar von jeweiligen kurveninnen angeordneten Durchströmöffnungen weg strebt, das Strömungshindernis bzw. die Reibschweißwulst aber zwischen den kurveninneren Durchströmöffnungen und den kurvenäußeren Durchströmöffnungen eine Stauwirkung für das der Zentrifugalkraft unterworfene Kühlfluid darstellt. So ist ein Wegströmen des der Zentrifugalkraft unterworfenen Kühlfluids von den kurveninneren Durchströmöffnungen mittels des Strömungshindernisses zumindest behindert, sodass den kurveninneren Durchströmöffnungen ausreichend Kühlfluid zur Kühlung der elektrischen Maschine, insbesondere der Wicklungsköpfe, bereitstellbar oder bereitgestellt ist. Folglich ist - insbesondere bei einer Kurvenfahrt des elektrisch antreibbaren Kraftwagens - die besonders zuverlässige Kühlung der elektrischen Maschine, insbesondere des Traktionsmotors, gewährleistet.
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Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine eingangs genannte, von einem Kühlfluid durchströmbare herkömmliche Hohlwelle für einen Rotor einer elektrischen Maschine derart weiterzuentwickeln, dass eine besonders zuverlässige Kühlung der elektrischen Maschine gewährleistet ist.
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Weitere Vorteile, Merkmale und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung eines bevorzugten Ausführungsbeispiels sowie anhand der Zeichnung. Die vorstehend in der Beschreibung genannten Merkmale und Merkmalskombinationen sowie die nachfolgend in der Figurenbeschreibung genannten und/oder in den Figuren alleine gezeigten Merkmale und Merkmalskombinationen sind nicht nur in der jeweils angegebenen Kombination, sondern auch in anderen Kombinationen oder in Alleinstellung verwendbar, ohne den Rahmen der Erfindung zu verlassen.
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Dabei zeigt
- 1 eine schematische geschnittene Ansicht einer elektrischen Maschine mit einer aus einem ersten und einem zweiten Hohlwellenelement gebildeten Hohlwelle, die ein Strömungshindernis aufweist;
- 2 eine schematische und geschnittene Ansicht einer weiteren Ausführungsform der Hohlwelle, bei welcher das Strömungshindernis außermittig zwischen ersten Durchströmöffnungen und zweiten Durchströmöffnungen angeordnet ist;
- 3 eine schematisch und geschnittene Ansicht noch einer weiteren Ausführungsform der Hohlwelle, bei welcher das Strömungshindernis ein Abdeckelement für die Reibschweißwulst; und
- 4 eine schematische und geschnittene Ansicht der Hohlwelle aus 3, bevor die Hohlwellenelemente zusammengefügt sind.
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In den Figuren sind gleiche oder funktionsgleiche Elemente mit gleichen Bezugszeichen versehen.
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1 zeigt in einer schematischen und geschnittenen Ansicht eine elektrische Maschine 1, die vorliegend als eine Traktions-Elektromaschine bzw. ein Traktionsmotor für einen elektrisch antreibbaren Kraftwagen, zum Beispiel einen Personenkraftwagen, ausgebildet ist. Die elektrische Maschine 1 weist einen ein Statorblechpaket 2 und wenigstens eine Statorwicklung 3 aufweisenden Stator 4 auf. Die wenigstens eine Statorwicklung 3 ragt beidseitig aus dem Statorblechpaket 2 heraus und bildet dadurch außerhalb des Statorblechpakets 2 jeweilige Wickelköpfe 5.
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Des Weiteren weist die elektrische Maschine 1 einen in Bezug zu dem Stator 4 und koaxial zu diesem rotierbaren Rotor 6 auf, der ein Rotorblechpaket 7 umfasst. Fest, insbesondere drehfest, mit dem Rotorblechpaket 7 verbunden ist eine Rotorwelle 8, die eine Abtriebswelle der elektrischen Maschine 1 darstellt. Im Übrigen ist eine technische Funktionsweise der elektrischen Maschine 1, insbesondere eine Zusammenspiel zwischen dem Stator 4 und dem Rotor 6, zur Umwandlung von elektrischer Energie in mechanische Arbeit bereits hinlänglich bekannt, sodass hierzu nicht weiter vorgetragen wird. Da heutzutage bei elektrisch antreibbaren Kraftwagen eine durch die elektrische Maschine erzeugte Antriebsleistung von mehreren hundert Kilowatt keine Seltenheit sind, erzeugt die elektrische Maschine eine dementsprechend hohe Abwärmeleistung, die es effizient zu kühlen gilt. Von besonderem Interesse ist hierbei ein direktes Kühlen der Statorwicklung bzw. Statorwicklungen 3, deren jeweiliger Wickelkopf 5 beidseitig aus dem Statorblechpaket 2 herausragt. Um also den Wickelköpfen 5 besonders effizient ein Kühlfluid zuzuleiten, sodass die Wickelköpfe 5 mit dem Kühlfluid besprühbar und/oder beströmbar sind, ist die Rotorwelle 8 als eine Hohlwelle 9 ausgebildet, die zumindest aus einem ersten Hohlwellenelement 10 und einem zweiten Hohlwellenelement 11 gebildet ist.
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Die beiden Hohlwellenelemente 10, 11 sind mittels Reibschweißens miteinander verbunden, das heißt zusammengefügt. Nach dem Zusammenfügen bzw. Reibschweißen begrenzen die beiden zumindest im Wesentlichen glockenartig bzw. glockenförmig ausgebildeten Hohlwellenelemente 10, 11 einen Innenraum 12 der Rotorwelle 8 bzw. der Hohlwelle 9. Ausgehend von einer innenumfangsseitigen Mantelfläche 13, die den Innenraum 12 unmittelbar begrenzt, in Richtung hin bzw. bis zu einer außenumfangsseitigen Mantelfläche 14 der Rotorwelle 8 bzw. der Hohlwelle 9 durchdringen erste Durchströmöffnungen 15 eine erste Wandung 16 des ersten Hohlwellenelements 10. Gleichermaßen durchdringen zweite Durchströmöffnungen 17 eine zweite Wandung 18 des zweiten Hohlwellenelements 11. Da die beiden Hohlwellenelemente 10, 11 miteinander die Hohlwelle 9 bzw. die Rotorwelle 8 der elektrischen Maschine 1 bilden, durchdringen die Durchströmöffnungen 15, 17 eine aus der ersten Wandung 16 und aus der zweiten Wandung 18 gebildete Wandung 19 der Hohlwelle 9 vollständig. Die jeweiligen Durchströmöffnungen 15, 17 durchdringen die jeweilige Wandung 16, 18 der jeweiligen Hohlwellenelemente 10, 11 bzw. die Wandung 19 der Hohlwelle 9 in radialer Richtung.
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Des Weiteren sind die Durchströmöffnungen 15, 17 in axialer Richtung der Hohlwelle 9 bzw. der Rotorwelle 8 voneinander so weit beabstandet, dass die - ebenfalls in axialer Richtung der Rotorwelle 8 betrachtet - beidseitig außerhalb des Rotorblechpakets 7 angeordnet sind. Das bedeutet, dass eine jeweilige Längsmittenachse der Durchströmöffnungen 15, 17 außerhalb des Statorblechpakets 2 und/oder außerhalb des Rotorblechpakets 7 direkt und unmittelbar auf die jeweiligen Wickelköpfe 5 zeigt oder weist. Hinzu kommt, dass ein unmittelbar an die jeweiligen Durchströmöffnungen 15, 17 und an den entsprechenden Wickelkopf 5 direkt angrenzender Bereich materialfrei ausgebildet ist. Wird Kühlfluid in den Innenraum 12 der Rotorwelle 8 bzw. Hohlwelle 9, beispielsweise mittels einer Kühlfluid-Zuführeinheit 20 eingeleitet, schmiegt sich das Kühlfluid an die innenumfangsseitige Mantelfläche 13 der Hohlwelle 9 an, sofern der Rotor 6 gemäß den allgemein bekannten Wirkprinzipien der elektrischen Maschine 1 bestimmungsgemäß in Bezug zu dem Stator 4 angetrieben bzw. rotiert wird. Ab einer ausreichenden Drehzahl wird das Kühlfluid, bei welchem es sich insbesondere um eine Kühlflüssigkeit, zum Beispiel Öl, handeln kann, in dem Innenraum 12 in eine Form gezwungen, welche zumindest im Wesentlichen einem geraden Kreisringzylinder folgt.
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Um eine besonders zuverlässige und/oder effiziente Kühlung der elektrischen Maschine 1, insbesondere bei einer Kurvenfahrt des elektrisch antreibbaren Kraftwagens, zu gewährleisten, ist in dem Innenraum 12 der Hohlwelle 9 ein Strömungshindernis 21 ausgebildet. Das Strömungshindernis 21 entfaltet auf das kreisringzylindrisch an die innenumfangsseitige Mantelfläche 13 angeschmiegte Kühlfluid eine Stauwirkung, zumindest sobald der mit der elektrischen Maschine 1 ausgerüstete elektrisch antreibbare Kraftwagen eine Kurvenfahrt vollzieht, wodurch auf das an die innenumfangsseitige Mantelfläche 13 angeschmiegte Kühlfluid eine Zentrifugalkraft wirkt. Aufgrund dieser Zentrifugalkraft würde das an die innenumfangsseitige Mantelfläche 13 angeschmiegte Kühlfluid von den ersten Durchströmöffnungen 15 oder von den zweiten Durchströmöffnungen 17 wegfließen, abhängig davon, welche der Durchströmöffnungen 15, 17 zum Zeitpunkt der Kurvenfahrt kurveninnen oder kurvenaußen angeordnet sind.
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Aufgrund der Stauwirkung des Strömungshindernisses 21 ist dieser Effekt im Vergleich zu herkömmlichen Rotorwellen zumindest reduziert, sodass eine besonders zuverlässige Kühlung der elektrischen Maschine 1, insbesondere der Wickelköpfe 5 auch während einer Kurvenfahrt des elektrisch antreibbaren Kraftwagens gewährleistet ist oder bleibt.
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Bei dem Reibschweißen entsteht in einem Fügebereich 22, in welchem die beiden Hohlwellenelemente 10, 11 miteinander reibverschweißt sind, eine innere Reibschweißwulst 23, die das Strömungshindernis 21 zumindest teilweise bildet. Mit anderen Worten umfasst das Strömungshindernis 21 zumindest die innere Reibschweißwulst 23. Insbesondere erstreckt sich die innere Reibschweißwulst 23 in radialer Richtung der Hohlwelle 9 nach innen von der innenumfangsseitigen Mantelfläche 13 der Hohlwelle 9 weg. Mit anderen Worten springt die innere Reibschweißwulst 23 in radialer Richtung der Hohlwelle 9 von der innenumfangsseitigen Mantelfläche 13 hervor.
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Der Vollständigkeit halber sei erwähnt, dass beim Reibschweißen eine äußere Reibschweißwulst entsteht, die in radialer Richtung der Hohlwelle 9 von der außenumfangsseitigen Mantelfläche 14 hervorspringt. Die äußere Reibschweißwulst ist aber - im Gegensatz zur inneren Reibschweißwulst 23 - unerwünscht und von der Hohlwelle 9 abgetragen.
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In 1 des vorliegenden Beispiels ist die Hohlwelle 9 als eine vollständig von einer Innenwelle 24 koaxial durchdrungene Außenwelle dargestellt. Doch ist es genauso denkbar, dass keine Innenwelle 24 vorgesehen ist, sondern die Rotorwelle 8 bzw. die Hohlwelle 9 lediglich den Innenraum 12 aufweist, dem das Kühlfluid mittels der Kühlfluid-Zuführeinheit 20 bereitstellbar bzw. zuführbar ist.
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Im vorliegenden Beispiel ist die Innenwelle 24 vorgesehen, beispielsweise um einen Drehzahl- und/oder Drehmomentausgleich zwischen zumindest zwei Rädern und/oder zwischen zumindest zwei Achsen des mit der elektrischen Maschine 1 ausgestatteten Kraftwagens zu gewährleisten. Es hat sich im Zusammenhang mit der Innenwelle 24 als besonders vorteilhaft herausgestellt, wenn die Kühlfluid-Zuführeinheit 20 integraler Bestandteil der Innenwelle 24 ist. Mit anderen Worten kann die Innenwelle 24 die Kühlfluid-Zuführeinheit 20 aufweisen oder die Kühlfluid-Zuführeinheit 20 kann zumindest teilweise durch die Innenwelle 24 gebildet sein. Im vorliegenden Beispiel weist die Kühlfluid-Zuführeinheit 20 bzw. die Innenwelle 24 ein von dem Kühlfluid durchströmbares Leitungssystem 25 auf, das sich in den Innenraum 12 der Hohlwelle 9 hineinerstreckt und ein Hauptkanalelement 26 umfasst, von welchem wenigstens zwei, den jeweiligen Durchströmöffnungen 15, 17 zugeordnete Nebenkanalelemente 27 abzweigen, die beiderseits des Strömungshindernisses 21 bzw. der Reibschweißwulst 23 angeordnet sind und den Innenraum 12 der Hohlwelle 9 fluidisch mit dem Hauptkanalelement 26 verbinden. Anders ausgedrückt münden die Nebenkanalelemente 27 in den Innenraum 12 der Hohlwelle 9, sodass dem Leitungssystem 25 bereitgestelltes bzw. zugeführtes Kühlfluid durch das Hauptkanalelement 26 und durch die entsprechenden Nebenkanalelemente 27 in den Innenraum 12 strömt oder zumindest strömen kann.
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2 zeigt in einer schematischen und geschnittenen Ansicht eine weitere Ausführungsform der Hohlwelle 9, bei welcher das Strömungshindernis 21 außermittig zwischen den ersten Durchströmöffnungen 15 und den zweiten Durchströmöffnungen 17 angeordnet ist. Das Strömungshindernis 21, das - wie bereits dargelegt - zumindest die (innere) Reibschweißwulst 23 aufweist, ist in axialer Richtung der Hohlwelle 9 zwischen den ersten Durchströmöffnungen 15 des ersten Hohlwellenelements 10 und den zweiten Durchströmöffnungen 17 des zweiten Hohlwellenelements 11 angeordnet. Bei der im Zusammenhang mit 1 beschriebenen Ausführungsform ist das Strömungshindernis 21, das zumindest teilweise durch die Reibschweißwulst 23 gebildet ist, zumindest im Wesentlichen in axialer Richtung mittig zwischen den ersten Durchströmöffnungen 15 und den zweiten Durchströmöffnungen 17 angeordnet. Bei der weiteren Ausführungsform, die in 2 dargestellt ist, ist die Reibschweißwulst 23 bzw. das Strömungshindernis 21 in axialer Richtung der Hohlwelle 9 zwischen den ersten Durchströmöffnungen 15 des ersten Hohlwellenelements 10 und den zweiten Durchströmöffnungen 17 des zweiten Hohlwellenelements 11 außermittig angeordnet.
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3 zeigt in einer schematischen und geschnittenen Ansicht noch eine weitere Ausführungsform der Rotorwelle 8 bzw. der Hohlwelle 9, bei welcher das Strömungshindernis 21 ein Abdeckelement 28 für die Reibschweißwulst 23 umfasst. Das bedeutet, dass bei dieser Ausführungsform das Strömungshindernis 21 die Reibschweißwulst 23 und das Abdeckelement 28 aufweist. Dieses weist einen Aufnahmebereich 29 auf, der dazu ausgebildet ist, im zusammengefügten Zustand der Hohlwellenelemente 10, 11 die (innere) Reibschweißwulst 23 zu umgreifen und diese gegen den Innenraum 12 abzukapseln.
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4 zeigt in einer schematischen und geschnittenen Ansicht die Hohlwelle 9, bevor die Hohlwellenelemente 10, 11 zusammengefügt sind. Bei einer Herstellung der Rotorwelle 8 bzw. Hohlwelle 9 wird das Abdeckelement 28 von einem jeweiligen weiten Ende 30 des jeweiligen Hohlwellenelements 10, 11 in einen jeweiligen Hohlwellenelementinnenraum 31 eingesetzt, insbesondere eingepresst. Hierzu weisen die Hohlwellenelemente 10, 11 einen jeweiligen Einsetzbereich 32 auf, dessen jeweiliger Innendurchmesser gegenüber einem jeweiligen Innenraumdurchmesser 33 aufgeweitet ist. Der jeweilige Einsetzbereich 32 mündet am jeweiligen weiten Ende 30 in eine jeweilige Umgebung des jeweiligen Hohlwellenelements 10, 11. Mit anderen Worten ist der jeweilige Einsetzbereich 32 direkt am jeweiligen weiten Ende 30 des jeweiligen Hohlwellenelements 10, 11 angeordnet. Des Weiteren korrespondiert der Durchmesser des jeweiligen Einsetzbereichs 32 mit einem Durchmesser des Abdeckelements 28.
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Während bei einem der beiden Hohlwellenelemente 10, 11 der entsprechende Einsetzbereich 32 gegenüber dem entsprechenden Innenraumdurchmesser 33 unter Ausbildung einer einzigen Stufe auf den mit dem Abdeckelement 28 korrespondierenden Durchmesser aufgeweitet ist, ist der Einsetzbereich 32 des entsprechend anderen Hohlwellenelements 11, 10 unter Ausbildung einer weiteren Stufe gegenüber dem mit dem Abdeckelement 28 korrespondierenden Durchmesser aufgeweitet. Mittels dieser weiteren Aufweitung ist es ermöglicht, dass das in dem einen der Hohlwellenelemente 10, 11 eingesetzte bzw. eingepresste und dadurch drehfest gehaltene Abdeckelement 28 in das entsprechend andere der Hohlwellenelemente 10, 11 einzuschieben.
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Eine axiale Erstreckung des jeweiligen Einsetzbereichs 32 entspricht zumindest im Wesentlichen etwa einer Hälfte einer axialen Erstreckung des Abdeckelements 28, wobei die axiale Erstreckung des Einsetzbereichs 32, in welchem das Abdeckelement 28 vor dem Reibschweißen der Hohlwellenelemente 10, 11 drehfest gehalten ist, größer als die Hälfte der axialen Erstreckung des Abdeckelements 28 ist. Denn es ist beabsichtigt, dass die in dem Aufnahmebereich 29 des Abdeckelements 28 durch das Reibschweißen entstehende Reibschweißwulst 23 zumindest wesentlich in einer Mitte der axialen Erstreckung des Abdeckelements 28 bzw. des Aufnahmebereichs 29 wächst.
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Bei einem Reibschweißvorgang, mittels dessen die beiden Hohlwellenelemente 10, 11 stoffschlüssig miteinander verbunden werden, wird das in dem entsprechenden Hohlwellenelement 10, 11 drehfest eingepresste Abdeckelement 28 in dem Hohlwellenelementinnenraum 31 des anderen Hohlwellenelements 11, 10 eingesetzt, in dem die beiden Hohlwellenelemente 10, 11 entlang einer gemeinsamen Längsmittenachse aufeinander zubewegt werden, bis sich jeweilige kreisringförmige Berührflächen 34 der jeweiligen Hohlwellenelemente 10, 11 direkt flächig berühren. Eines der beiden Hohlwellenelemente 10, 11 wird dann um diese Längsmittenachse rotiert, sodass die Berührflächen 34 aneinander reiben, wodurch die beiden Hohlwellenelemente 10, 11, insbesondere an deren jeweiligen weiten Enden 30, bis auf eine Schweißtemperatur erhitzt werden. Dabei werden die miteinander zu verschweißenden Hohlwellenelemente 10, 11 entlang der Längsmittenachse aufeinander zubewegt. Um eine möglichst freie bzw. reibungsarme Rotation zwischen dem Abdeckelement 28 und dem entsprechend anderen Hohlwellenelement 10, 11 zu ermöglichen, ist - wie weiter oben beschrieben - der zweifach abgestufte Einsetzbereich 32 bis auf den Durchmesser aufgeweitet, der größer ist als der Durchmesser des Abdeckelements 28. Nachdem die beiden Hohlwellenelemente 10, 11 jeweils auf die Schweißtemperatur erhitzt wurden, wird die Rotation gestoppt und die beiden Hohlwellenelemente 10, 11 werden mit einer axial wirkenden Stauchkraft zusammengedrückt und infolgedessen miteinander verschweißt.
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Bei dem aufeinander Zubewegen der beiden Hohlwellenelemente 10, 11 beim Erhitzen der Berührflächen 34 und beim Verschweißen der beiden Hohlwellenelemente 10, 11 mittels der Stauchkraft, erwachsen an der innenumfangsseitigen Mantelfläche 13 und an der außenumfangsseitigen Mantelfläche 14 im Fügebereich 22 die innere Reibschweißwulst 23 und die äußere Reibschweißwulst. Die innere Reibschweißwulst 23 bildet sich in diesem Zusammenhang im Aufnahmebereich 29 des Abdeckelements 28, wodurch auf besonders vorteilhafte Art und Weise verhindert ist, dass aufgrund des Schweißens erzeugter Schmutz, beispielsweise Materialabplatzungen der inneren Reibschweißwulst 23, aus dem Aufnahmebereich 29 des Abdeckelements 28 hinaus und in den Innenraum 12 der Hohlwelle 9 hinein geraten.
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Aufgrund des Verschweißens der beiden Hohlwellenelemente 10, 11, insbesondere aufgrund des Stauchens, ist das Abdeckelement 28 schließlich in beide Hohlwellenelemente 10, 11 eingepresst. Im vorliegenden Beispiel ist das Abdeckelement 28 als ein Abdeckring 35 ausgebildet, der ein gerader Kreisringzylinder ist und entlang dessen Außenumfangsrichtung eine umlaufende Materialausnehmung 36, zum Beispiel eine Nut, aufweist, die den Aufnahmebereich 29 darstellt.
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Mittels des Abdeckelements 28 bzw. Abdeckrings 35 ist also die Reibschweißwulst 23 von dem von dem Kühlfluid durchströmbaren Innenraum 12 der Hohlwelle 9 abgekapselt. Das bedeutet, dass das Strömungshindernis 21 in diesem Fall sowohl die Reibschweißwulst 23 als auch das Abdeckelement 28 aufweist.
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Insgesamt zeigt die Erfindung, wie mittels der Rotorwelle 8 bzw. der Hohlwelle 9 eine besonders zuverlässige Kühlung der elektrischen Maschine 1 zu gewährleisten ist. Ein besonders funktionssicheres Versorgen der Durchströmöffnungen 15, 17 wird demnach bei der zwei- oder mehrteiligen Rotorwelle 8 bzw. Hohlwelle 9 durch das Strömungshindernis 21 erzielt. Mit anderen Worten bildet das Strömungshindernis 21 eine Art Damm für das Kühlfluid, der ganz gezielt im Fügebereich 22, vorzugsweise durch ein Erzeugen der inneren Reibschweißwulst 23, geformt wird. Durch eine radiale Höhe der an der innenumfangsseitigen Mantelfläche 13 ausgebildeten Reibschweißwulst 23 ist ein zylindrisches Aufstauen des Kühlfluids ermöglicht, das aus der Kühlfluid-Zuführeinheit 20 in den Innenraum 12 gespeist wird.
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Die Hohlwellenelemente 10, 11 sind vorteilhafter Weise jeweils als ein besonders einfach und/oder aufwandsarm herstellbares Massivumformteil ausgebildet und unterstützen infolgedessen eine Gleichteilstrategie. Das bedeutet, dass beispielsweise unterschiedlich lange Rotorwellen 8 bzw. Hohlwellen 9 ganz einfach herstellbar sind, indem vor dem Reibschweißen der beiden Hohlwellenelemente 10, 11 das erste Hohlwellenelement 10 und/oder das zweite Hohlwellenelement 11 wunschgemäß am jeweiligen weiten Ende 30 abgelenkt werden/wird.
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Das in dem Innenraum 12 befindliche Kühlfluid entweicht also zum Beispiel bei schneller Kurvenfahrt, Volumenstromverlust und/oder Druckverlust etc. nicht einseitig, das heißt zumindest hauptsächlich durch die ersten Durchströmöffnungen 15 oder zumindest hauptsächlich durch die zweiten Durchströmöffnungen 17, aus der Rotorwelle 8 bzw. Hohlwelle 9. Hierdurch ist ein Kühlen der Wickelköpfe 5 besonders zuverlässig gewährleistet.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- elektrische Maschine
- 2
- Statorblechpaket
- 3
- Statorwicklung
- 4
- Stator
- 5
- Wickelkopf
- 6
- Rotor
- 7
- Rotorblechpaket
- 8
- Rotorwelle
- 9
- Hohlwelle
- 10
- erstes Hohlwellenelement
- 11
- zweites Hohlwellenelement
- 12
- Innenraum
- 13
- innenumfangsseitigen Mantelfläche
- 14
- außenumfangsseitigen Mantelfläche
- 15
- erste Durchströmöffnung
- 16
- erste Wandung
- 17
- zweite Durchströmöffnung
- 18
- zweite Wandung
- 19
- Wandung
- 20
- Kühlfluid-Zuführeinheit
- 21
- Strömungshindernis
- 22
- Fügebereich
- 23
- Reibschweißwulst
- 24
- Innenwelle
- 25
- Leitungssystem
- 26
- Hauptkanalelement
- 27
- Nebenkanalelement
- 28
- Abdeckelement
- 29
- Aufnahmebereich
- 30
- weites Ende
- 31
- Hohlwellenelementinnenraum
- 32
- Einsetzbereich
- 33
- Innenraumdurchmesser
- 34
- Berührflächen
- 35
- Abdeckring
- 36
- Materialausnehmung
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- US 2018/0091012 A1 [0002]
