-
Die Erfindung betrifft einen hohlzylindrischen Kühlmantel.
-
Elektrische und oder elektronische Komponenten heizen sich im Betrieb auf und geben Wärmeenergie ab. Die Temperaturerhöhung innerhalb der elektrischen oder elektronischen Komponente kann zu Leistungsverlusten oder einem verminderten Wirkungsgrad der elektrischen oder elektronischen Komponente führen. Diese Leistungsverluste oder der verminderte Wirkungsgrad bei elektrischen oder elektronischen Komponenten spielt insbesondere in der Fahrzeugindustrie eine bedeutende Rolle. Ein Kraftfahrzeug umfasst heutzutage eine Vielzahl von Bestandteilen, die elektrische oder elektronische Komponenten aufweisen. Besonders hervorzuheben sind dabei Elektromotoren bei Elektrofahrzeugen oder Energiespeicher für Kraftfahrzeuge allgemein und für Elektrofahrzeuge im Speziellen. Energiespeicher können galvanische Zellen, insbesondere konventionelle Batterien oder Brennstoffzellen, sein.
-
Um die einzelnen Bestandteile über einen längeren Zeitraum in einem optimalen Leistungsbereich betreiben zu können, ist es unumgänglich, u.a. die elektrischen oder elektronischen Komponenten zu kühlen. In den meisten Fällen ist eine Kühlung durch Abgabe der Wärmeenergie an die Umgebung ausreichend. Es existiert jedoch auch Hochleistungselektronik, wie beispielsweise der E-Motor oder der Energiespeicher, die einer aktiven Kühlung bedürfen.
-
Bekannte E-Motoren umfassen einen feststehenden Stator und einen beweglichen Rotor, wobei der Rotor in der gängigsten Bauform eines E-Motors drehbar innerhalb eines ringförmig ausgebildeten Stators gelagert ist. Der Stator weist einen Statorkern und zumindest eine an dem Statorkern angeordnete Statorwicklung auf. Weiterhin kann der Rotor einen Rotorkern und zumindest eine an dem Rotorkern angeordnete Rotorwicklung umfassen.
-
Bekanntlich kommt es im Bereich der Statorwicklung und/oder der Rotorwicklung, insbesondere im Bereich der jeweiligen Wicklungsköpfe, zu einer starken Wärmeentwicklung. Die Folge dieser starken Erwärmung ist eine Erhöhung des dielektrischen Verlustfaktors, was zum einen eine Verschlechterung des Wirkungsgrads des E-Motors bewirkt und zum anderen einen zuverlässigen Betrieb des E-Motors über seine Lebensdauer negativ beeinflusst.
-
Deshalb ist in Antriebsanordnungen mit E-Motoren typischerweise eine Kühlvorrichtung vorgesehen, die die zu kühlenden Teile des E-Motors kühlt.
-
Bekannte Kühlvorrichtungen für E-Motoren bedienen sich eines zirkulierenden gasförmigen oder flüssigen Kühlmittels. Das Kühlmittel zirkuliert beispielsweise in der Wandung eines als Gusskörper ausgebildeten Gehäuses des E-Motors oder in einer als Hohlwelle ausgeführten Rotorwelle, auf der der Rotor des E-Motors angeordnet ist. Das gasförmige oder flüssige Kühlmittel nimmt aufgrund seiner Wärmekapazität die Wärmeenergie auf und transportiert diese ab.
-
Zwischen der Innenwandung und der Außenwandung des als Gusskörper ausgebildeten Gehäuses des E-Motors ist abschnittsweise, insbesondere umfänglich, üblicherweise ein Kühlmantel in Form eines Hohlraums vorgesehen.
-
Es ist bekannt, ein solches Gehäuse im Kokillenguss aus einer Aluminiumlegierung zu gießen. Dabei werden zur Realisierung des Kühlmantels ein oder mehrere Sandkerne in die Gießform eingelegt. Nach dem Um- bzw. Eingießen der Sandkerne, also nach der Fertigstellung des Gehäuses, wird der Sand über eine Einlassöffnung und eine Auslassöffnung am Gehäuse aus der Gehäusewand herausgewaschen. Der verbleibende Hohlraum innerhalb der Gehäusewand bildet dann den Kühlmantel. Durch die Einlassöffnung ist Kühlmittel in den Hohlraum ein- und aus der Auslassöffnung herausleitbar. Nachteilig an einem solchen Verfahren ist, dass der Sand sehr aufwendig aus der Gehäusewand entfernt werden muss. Dabei besteht die Gefahr, dass der Sand nicht restlos aus der Gehäusewand entfernt werden kann und später durch das Kühlmittel gelöst nachteilig in den Kühlkreislauf, beispielsweise eines Kraftfahrzeugs, übergeht. Darüber hinaus sind Sandkerne nicht für alle Gießverfahren geeignet. Im Druckgießverfahren können sie den hohen Drücken nicht standhalten. Ein anderes Verfahren zur Herstellung eines Kühlmantels in einem Gehäuse sieht vor, zwei Druckgussteile herzustellen, um diese dann aufwendig zu einem Gehäuse unter Ausbildung des Hohlraums als Kühlmantel zusammenzufügen.
-
Ausgehend von diesem Stand der Technik liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, einen Kühlmantel zu verbessern.
-
Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe gelöst durch einen hohlzylindrischen Kühlmantel, der aus mehreren übereinander angeordneten umlaufenden Schichten zusammengesetzt ist, wobei vorgegebene Schichten ein oder mehrere Löcher aufweisen und derart übereinander angeordnet sind, dass die Löcher zumindest teilweise über die Höhe und/oder zumindest teilweise über den Umfang des Kühlmantels einen oder mehrere Kühlkanäle zum Durchleiten eines Kühlmittels innerhalb des Kühlmantels ausbilden.
-
Ein solcher Aufbau eines Kühlmantels ist effizient, einfach herstellbar und lässt sich vielseitig verwenden. Insbesondere im Verbund mit einem Gusskörper, bei welchem der Kühlmantel an- oder um- bzw. eingegossen ist, können im Gegensatz zum Stand der Technik vorteilhaft mehr bzw. andere Gießverfahren eingesetzt werden.
-
Es kann von Vorteil sein, wenn die Grundfläche des hohlzylindrischen Kühlmantels kreisförmig, elliptisch oder eckig, beispielsweise viereckig, ausgebildet ist.
-
Es kann von Vorteil sein, wenn einzelne oder alle Schichten eine vorgegebene Höhe und/oder vorgegebene Dicke aufweisen. Dadurch sind zahlreiche Varianten eines Kühlmantels realisierbar.
-
Es kann von Vorteil sein, wenn die Breite und die Länge der Löcher einzelner oder aller Schichten gleich oder unterschiedlich ausgebildet sind. Dadurch sind zahlreiche Varianten eines oder mehrerer Kühlkanäle innerhalb eines Kühlmantels realisierbar.
-
Es kann von Vorteil sein, wenn die Schichten beispielsweise durch Kleben zusammengefügt sind.
-
Es kann von Vorteil sein, wenn die Schichten aus Blech, vorzugsweise aus Aluminiumblech, vorzugsweise durch Ausstanzen oder Schneiden, beispielsweise Wasserstrahlschneiden, gefertigt sind.
-
Es kann von Vorteil sein, wenn die Löcher vorzugsweise in einem Arbeitsschritt mit der Fertigung der Schichten hergestellt sind, vorzugsweise durch Ausstanzen oder Schneiden, beispielsweise Wasserstrahlschneiden.
-
Es kann von Vorteil sein, wenn der hohlzylindrische Kühlmantel auf seiner Innenseite Teil eines Stators eines E-Motors ist, wobei die einzelnen Schichten des hohlzylindrischen Kühlmantels einteilig mit einzelnen Schichten des Stators ausgebildet sind.
-
Es kann von Vorteil sein, wenn der hohlzylindrische Kühlmantel mit einem Gusskörper verbunden ist, der durch Angießen oder Um- bzw. Eingießen des hohlzylindrischen Kühlmantels herstellbar ist, wobei der hohlzylindrische Kühlmantel hierbei eine geschlossene Außenfläche aufweist.
-
Es kann von Vorteil sein, wenn der Gusskörper aus einem Leichtmetall, vorzugsweise aus einer Aluminiumlegierung besteht.
-
Es kann von Vorteil sein, wenn der hohlzylindrische Kühlmantel und der Gusskörper stoffschlüssig, formschlüssig und/oder kraft- bzw. reibschlüssig miteinander verbunden sind.
-
Es kann von Vorteil sein, wenn der hohlzylindrische Kühlmantel samt Gusskörper ein Gehäuse, insbesondere ein E-Motor- oder Energiespeichergehäuse, oder eine Halterung, insbesondere eine Energiespeicherhalterung, für eine elektrische oder elektronische Komponente, insbesondere für einen E-Motor oder einen Energiespeicher, ist.
-
Es kann von Vorteil sein, wenn der Gusskörper mittels eines Gießverfahrens, insbesondere mittels eines Druckguss-, Vakuumdruckguss-, Schwerkraftkokillenguss-, Gegendruckguss- oder Niederdruckgussverfahrens, hergestellt ist.
-
Es kann von Vorteil sein, wenn der hohlzylindrische Kühlmantel in einem Teilbereich des Gusskörpers eingegossen ist
-
Es kann von Vorteil sein, wenn der Gusskörper in einem Stück gegossen ist.
-
Es kann von Vorteil sein, wenn der hohlzylindrische Kühlmantel und/oder der Gusskörper eine Einlassöffnung aufweist, durch die Kühlmittel in den Kühlkanal des hohlzylindrischen Kühlmantels einleitbar ist, und dass der hohlzylindrische Kühlmantel und/oder der Gusskörper zumindest eine von der Einlassöffnung beabstandete Auslassöffnung aufweist, durch die das eingeleitete und durch den Kühlkanal strömende Kühlmittel aus dem hohlzylindrischen Kühlmantel herausleitbar ist.
-
Nachfolgend wird die Erfindung anhand eines Ausführungsbeispiels erläutert, das in der Zeichnung dargestellt ist. In dieser zeigt
- 1 schematisch einen Schnitt durch einen erfindungsgemäßen hohlzylindrischen Kühlmantel.
-
Der erfindungsgemäße hohlzylindrische Kühlmantel 10 ist aus fünfzehn übereinander angeordneten ringförmigen Schichten 12a - 12o zusammengesetzt. Die Schichten 12b - 12n weisen ein oder mehrere Löcher 14, beispielsweise radial verlaufende Langlöcher, auf, wobei die Schichten 12b - 12n derart übereinander angeordnet sind, dass die Löcher 14 zumindest teilweise über die Höhe und/oder zumindest teilweise über den Umfang des hohlzylindrischen Kühlmantels 10 einen Kühlkanal 16 zum Durchleiten eines Kühlmittels innerhalb des hohlzylindrischen Kühlmantels 10 ausbilden. Die oberste Schicht 12a und die unterste Schicht 12o bilden den Abschluss und weisen keine Löcher 14 auf.
-
Die Ausbildung des Kühlkanals 16 über die Höhe ist gut anhand der Schichten 12i, 12j und 12k zu erkennen. Während auf der rechten Seite der Fig. drei Löcher 14 der Schichten 12i, 12j und 12k übereinander liegen, ist dies auf der linken Seite der Fig. nur für die Löcher 14 der Schichten 12j und 12k der Fall.
-
Die Löcher 14 sind derart in den Schichten 12b - 12n angeordnet, dass jeweils eine Wand 18 zur Innenseite und eine Wand 20 zur Außenseite beibehalten wird.
-
Die Grundfläche des hohlzylindrischen Kühlmantels 10 ist vorliegend kreisförmig ausgebildet.
-
Die Schichten 12 bestehen vorzugsweise aus Aluminiumblech und sind beispielsweise durch Ausstanzen oder Schneiden gefertigt, wobei die Löcher 14 in einem Arbeitsschritt mit dem Ausstanzen oder Schneiden der Schichten 12 ausgestanzt oder ausgeschnitten werden. Anschließend werden die Schichten 14 in vorgegebener Anordnung mittels geeigneter Verfahren, beispielsweise durch Kleben, zusammengefügt.
-
Der in 1 dargestellte hohlzylindrische Kühlmantel 10 ist vorteilhaft mit einem hier nicht dargestellten Gusskörper verbunden, der durch Um- bzw. Eingießen des hohlzylindrischen Kühlmantels 10 herstellbar ist. Hierzu wird der hohlzylindrische Kühlmantel quasi als Kern in eine Gießform gelegt und mit geschmolzenem Gießwerkstoff zum Ausbilden des Gusskörpers beispielsweise mittels eines Druckgussverfahrens umgossen. Der hohlzylindrische Kühlmantel 10 weist hierbei - wie in 1 dargestellt - eine geschlossene Außenfläche auf, so dass kein geschmolzener Gießwerkstoff in den durch die Löcher 14 ausgebildeten Kühlkanal 16 eindringen kann.
-
Nach Fertigstellung des Verbunds aus dem in einem Stück gegossenen Gusskörper mit darin eingegossenem hohlzylindrischen Kühlmantel 10, wird eine Einlassöffnung und eine Auslassöffnung für das Kühlmittel geschaffen. Dies erfolgt dadurch, dass der Gusskörper und der Kühlkanal jeweils an geeigneter Stelle durch- und angebohrt werden. Durch die Einlassöffnung ist Kühlmittel in den Kühlkanal 16 des hohlzylindrischen Kühlmantels 10 einleitbar. Über die von der Einlassöffnung beabstandete Auslassöffnung ist das eingeleitete und durch den Kühlkanal 16 strömende Kühlmittel aus dem hohlzylindrischen Kühlmantel 10 herausleitbar.
-
Der Gusskörper besteht wie der Kühlmantel aus Aluminium bzw. aus einer Aluminiumlegierung, was sich positiv auf die Wärmeübertragung, aber auch auf ein späteres Recycling des Verbunds auswirkt.
-
Vorzugsweise bildet der Verbund aus hohlzylindrischem Kühlmantel 10 und Gusskörper ein E-Motorgehäuse, in dem ein Stator anordbar ist.
