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Die Erfindung betrifft einen Statorträger für eine elektrische Maschine mit einem hohlzylinderförmigen Grundkörper zur Anordnung in einem Gehäuse. Weiterhin betrifft die Erfindung eine elektrische Maschine, ein Kraftfahrzeug und ein Verfahren zur Herstellung eines Statorträgers.
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In elektrischen Maschinen werden die Blechpakete des auch als stehender Aktivteil bezeichneten Stators oft in einem Aluminiumgehäuse eingeschrumpft. Dadurch wird der Stator im Gehäuse fixiert, wobei bei einem hohlzylinderförmigen Statorträger der Zwischenraum zwischen dem Statorträger und dem Gehäuse zur Kühlung des Stators eingesetzt werden kann. Der ebenfalls hohlzylinderförmige Hohlraum zwischen dem Statorträger und dem Gehäuse kann dabei für eine Fluidführung, beispielsweise für die Führung von Kühlwasser zur Bildung eines Wassermantels, genutzt werden.
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Ein Statorträger muss dabei verschiedene Funktionen erfüllen. Zum einen dient der Statorträger zum Aufnehmen des Statorblechpaketes, beispielsweise in einem zylindrischen Querpressverband. Dazu muss der Statorträger eine ausreichend hohe Festigkeit aufweisen, um Beschädigungen durch hohe Überdeckungen zu vermeiden. Weiterhin dient der Statorträger der Zentrierung des Stators im Gehäuse einer elektrischen Maschine sowie zum Ableiten des Drehmomentes an das Motorgehäuse. Bevorzugt wird der Stator dabei spielfrei in dem Gehäuse der elektrischen Maschine befestigt. Neben der axialen Fixierung des Stators kann der Statorträger auch verwendet werden, um im Zwischenraum zum Gehäuse eine Fluidleitkontur auszubilden.
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Weiterhin ist es erforderlich, dass durch den Statorträger ein Abdichten des Wassermantels gegen die Umgebung der elektrischen Maschine erfolgt, so dass während des Kühlbetriebs kein Kühlfluid austreten kann.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen verbesserten Statorträger anzugeben.
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Zur Lösung dieser Aufgabe ist erfindungsgemäß vorgesehen, dass der Grundkörper an seiner Außenfläche mehrere sich in axialer Richtung erstreckende und in radialer Richtung abstehende Kanalwände sowie wenigstens einen in radialer Richtung über die Kanalwände herausragenden Befestigungsabschnitt und/oder wenigstens einen in radialer Richtung über die Kanalwände herausragenden Zentrierabschnitt aufweist, wobei die Kanalwände sowie der wenigstens eine Befestigungsabschnitt und/oder der wenigstens eine Zentrierabschnitt einstückig mit dem Grundkörper ausgebildet sind.
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Der Vorteil der erfindungsgemäßen Lösung besteht darin, dass durch den einstückigen, hohlzylinderförmigen Grundkörper ein einfacher Aufbau des Statorträgers erreicht wird, wobei der Statorträger bereits die für eine Zentrierung in einem Gehäuse bzw. zu einer Befestigung an einem Gehäuse sowie für eine Fluidführung notwendigen Strukturen aufweist. Die an der Außenfläche des Grundkörpers des Statorträgers angeordneten Kanalwände dienen zur Ausbildung einer Kanalstruktur zwischen dem Statorträger und einem Gehäuse einer elektrischen Maschine, in dem der Statorträger aufgenommen werden kann. Eine Umlenkung eines zwischen den Kanalwänden geführten Fluids kann beispielsweise durch entsprechende Strukturen in dem Gehäuse und/oder durch das Einsetzen von zusätzlichen Führungselementen erfolgen. Zusätzlich zu den Kanalwänden umfasst der Grundkörper des Statorträgers wenigstens einen in radialer Richtung über die Kanalwände herausragenden Befestigungsabschnitt und/oder wenigstens einen in radialer Richtung über die Kanalwände herausragenden Zentrierabschnitt. Dadurch, dass der wenigstens eine Befestigungsabschnitt und/oder der wenigstens eine Zentrierabschnitt die Kanalwände überragen, also in radialer Richtung weiter von der Außenfläche abstehen als die Kanalwände, wird es ermöglicht, den Statorträger an dem Gehäuse zu befestigen bzw. den Statorträger in dem Gehäuse zu zentrieren. Selbstverständlich ist es möglich, dass der Grundkörper mehrere Befestigungsabschnitte und/oder mehrere Zentrierabschnitte umfasst. Bevorzugt sind sowohl wenigstens ein Befestigungsabschnitt als auch wenigstens ein Zentrierabschnitt vorgesehen.
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Die von der Außenfläche des Grundkörpers abstehenden Befestigungsabschnitte können auch als Befestigungsnasen bezeichnet werden und dienen der Befestigung des Statorträgers an bzw. in einem Gehäuse einer elektrischen Maschine. Bevorzugt sind die Befestigungsabschnitte derart ausgeführt, dass sie durch Umformen, z. B. durch Stauchen oder Verstemmen, an dem Gehäuse befestigt werden können. Dies ermöglicht es vorteilhaft, auf Bauteile und Befestigungsmittel, welche sowohl mit dem Statorträger als auch mit dem Gehäuse verbunden werden müssen, zu verzichten. Weiterhin wird durch das Umformen der Befestigungsabschnitte erreicht, dass der Statorträger spielfrei in einem Gehäuse angeordnet werden kann, so dass auch ein spielfreies Ableiten eines von dem elektrischen Motor erzeugten Drehmoments an das Gehäuse möglich ist.
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Der wenigstens eine Zentrierabschnitt dient dazu, die axiale Anordnung des Statorträgers in dem Gehäuse zu definieren. Beispielsweise kann vorgesehen sein, dass durch den über die Kanalwände herausstehenden Zentrierabschnitt ein Zentrieren des Stators durch einen im Gehäuse vorgesehenen Zentrieranschlag, welcher bei eingesetztem Statorträger an dem oder den Zentrierabschnitte anliegt, erfolgt. Auf diese Weise ist es möglich, den Statorträger axial präzise, insbesondere auf wenige hundertstel Millimeter genau, in dem Gehäuse zu positionieren.
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Durch die einstückige Ausbildung des Grundkörpers sowie des wenigstens einen Befestigungsabschnittes und/oder des wenigstens einen Zentrierabschnittes wird ein einfach herzustellender Aufbau des Statorträgers erreicht. Eine Befestigung kann in einfacher Weise durch ein Umformen des wenigstens einen Befestigungsabschnitts erfolgen, so dass auf zusätzliche Befestigungsmittel oder Verbindungselemente verzichtet werden kann. Auch kann der Statorträger in einfacher Weise in einem Gehäuse zentriert werden, so dass durch den Statorträger eine einfache und präzise Montage einer elektrischen Maschine ermöglicht wird.
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Erfindungsgemäß kann vorgesehen sein, dass der Befestigungsabschnitt zwei in Umfangsrichtung des Grundkörpers beabstandet voneinander angeordnete Spannabschnitte aufweist, wobei zwischen den Spannabschnitten eine Aussparung zur Aufnahme eines Spannelements gebildet ist. Die insbesondere radial abstehenden Spannabschnitte können dabei derart ausgebildet sein, dass sie sich bei Einführen eines Spannelementes in die Aussparung jeweils in Umfangsrichtung von der Aussparung weg und gegen ein umliegendes Gehäuse spreizen. Auf diese Weise wird durch einen Kraftschluss eine Befestigung des Statorträgers, insbesondere in allen Raumrichtungen, in einem Gehäuse der Elektromaschine ermöglicht. Das Gehäuse kann beispielsweise zu den ungeformten Befestigungsabschnitten komplementäre Öffnungen und/oder Nuten aufweisen, in die die gespreizten oder verbogenen Spannelemente eingreifen können, so dass ein fester und spielfreier Sitz des Statorträgers innerhalb des Gehäuses erreicht wird. Ein geringer, fertigungstoleranzbedingter Versatz zwischen den Spannabschnitten eines Befestigungsabschnitts und/oder zwischen mehreren Befestigungsabschnitten kann dadurch vorteilhaft ausgeglichen werden. Als Spannelement kann beispielsweise ein Bolzen, eine Schraube, ein Zylinderstift, ein Spiralstift, eine Niete oder ein Kerbstift verwendet werden. Das Spannelement kann beispielsweise in axialer Richtung in eine ebenfalls in axialer Richtung verlaufende Aussparung des Befestigungsabschnittes eingepresst bzw. eingeschraubt werden. Da eine Befestigung zur Übertragung eines Drehmoments einer elektrischen Maschine insbesondere im Randbereich notwendig ist, können der Befestigungsabschnitt oder die Befestigungsabschnitte vorzugsweise in einem Randbereich des Statorträgers angeordnet sein.
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In einem bevorzugten Ausführungsbeispiel des Statorträgers kann vorgesehen sein, dass der Grundkörper wenigstens einen Befestigungsabschnitt und wenigstens einen Zentrierabschnitt aufweist, wobei eine zu einem ersten axialen Ende des Grundkörpers gerichtete Seitenfläche des Zentrierabschnitts in axialer Richtung von einer zu dem ersten Ende gerichteten Seitenfläche des wenigstens einen Befestigungsabschnitts beabstandet ist. Die zu einem ersten Ende des Grundkörpers gerichtete Seitenfläche des Zentrierabschnitts ist dabei näher an dem ersten Ende als die Seitenfläche des Befestigungsabschnitts. Dies ermöglicht es, den Statorträger beginnend mit seinem ersten Ende in ein Gehäuse einzuführen, wobei die axiale Lage des Statorträgers in dem Gehäuse durch den Zentrierabschnitt bestimmt wird. Dadurch, dass die zum ersten Ende gerichtete Seitenfläche des Befestigungsabschnitts bezogen auf die Richtung des Einführens hinter der zum ersten Ende des Grundkörpers gerichteten Seitenfläche liegt, kann die Zentrierung beispielsweise durch ein Anliegen des Zentrierabschnitts an einem Zentrieranschlag des Gehäuses erfolgen. Eine Befestigung kann, wie bereits vorangehend beschrieben wurde, an dem Befestigungsabschnitt erfolgen, so dass etwaige Längentoleranzen bei der Fertigung der Befestigungsabschnitte und/oder bei ihrer Befestigung am Gehäuse keinen Einfluss auf die Zentrierung des Statorträgers haben.
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Weiterhin kann erfindungsgemäß vorgesehen sein, dass der oder jeder Befestigungsabschnitt in radialer Richtung weiter absteht als der oder jeder Zentrierabschnitt. Dies ermöglicht es, dass sowohl ein Zentrieren mit Hilfe des Zentrierabschnitts erfolgen kann als auch ein Eingreifen des Befestigungsabschnitts in einer Nut oder einer Aufnahme des Gehäuses ermöglicht wird.
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Für den wenigstens einen Zentrierabschnitt kann vorgesehen sein, dass er in Umfangsrichtung benachbart zu und/oder in axialer Richtung vor dem oder einem Befestigungsabschnitt angeordnet ist, insbesondere dass zu jedem Befestigungsabschnitt ein Zentrierabschnitt in axialer Richtung vor dem Befestigungsabschnitt und in Umfangsrichtung zwei Zentrierabschnitte zu jeweils einer Seite des Befestigungsabschnitts angeordnet sind. Dies ermöglicht es, dass beispielsweise die Zentrierung und die Befestigung in einem axialen Randbereich des Statorträgers erfolgt. Grundsätzlich ist es möglich, dass die Zentrierabschnitte und/oder die Befestigungsabschnitte beliebig um den Umfang des Grundkörpers des Statorträgers herum angeordnet sind, jedoch kann bei einer benachbarten Anordnung von Zentrierabschnitten und Befestigungsabschnitt, insbesondere, wenn jedem Befestigungsabschnitt zwei Zentrierabschnitte jeweils einer Seite des Befestigungsabschnittes zugeordnet sind, auf einen komplizierten Aufbau des Gehäuses verzichtet werden, da auch die entsprechenden Anschlagsflächen im Gehäuse sowie die Nuten bzw. Öffnungen zur Aufnahme der Befestigungsabschnitte im Gehäuse nebeneinander angeordnet werden können.
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Erfindungsgemäß kann vorgesehen sein, dass der oder die Zentrierabschnitte jeweils von einem auf den oberen Kanten von zwei Kanalwänden angeordneten, die zwei Kanalwände verbindenden Flächenabschnitt gebildet sind. Aufgrund der Anordnung des Flächenabschnitts auf den Kanalwänden wird erreicht, dass der Zentrierabschnitt höher als die Kanalwände ist bzw. dass der Zentrierabschnitt in radialer Richtung über die Kanalwände hervorsteht. Der Anteil der axialen Länge der Kanalwände, welche durch den Flächenabschnitt bedeckt sind, also der Abstand des Zentrierabschnitts von einem Ende des Statorträgers, bestimmt die axiale Positionierung des Statorträgers in einem Gehäuse und kann beispielsweise durch Abtrag eines Teils des Flächenabschnitts angepasst werden. Durch die Bildung des Zentrierabschnitts durch einen auf den oberen Kanten von zwei Kanalwänden angeordneten Flächenabschnitt wird weiterhin erreicht, dass die von den Kanalwänden gebildete Kühlkanalstruktur nicht durch den Zentrierabschnitt unterbrochen wird, mithin auch ein Durchströmen des Zentrierabschnitts unterhalb des Flächenabschnitts möglich ist.
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Der Grundkörper kann erfindungsgemäß mehrere Befestigungsabschnitte und/oder mehrere Zentrierabschnitte aufweisen, wobei die Befestigungsabschnitte und/oder die Zentrierabschnitte symmetrisch über den Umfang der Außenfläche verteilt sind. Die Befestigungsabschnitte können beispielsweise äquidistant am Umfang des Grundkörpers angeordnet sein. Insbesondere kann eine ungerade Anzahl von Befestigungsabschnitten gewählt werden. Beispielsweise ist es möglich, dass drei Befestigungsabschnitte vorgesehen sind, welche jeweils um 120° versetzt am Umfang des Grundkörpers angeordnet sind.
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Erfindungsgemäß kann vorgesehen sein, dass mehrere Kanalwände in axialer Richtung eine andere Ausdehnung aufweisen als die anderen Kanalwände. Dies ermöglicht eine Fluidführung durch den Zwischenraum zwischen dem Statorträger und einer Innenwand des Gehäuses einer elektrischen Maschine. Durch das Vorsehen von verschiedenen Ausdehnungen in axialer Richtung sind verschiedene Kanalgeometrien realisierbar. Z. B. kann ein mäandernder Verlauf durch Kanalwände erzeugt werden, welche beispielsweise im Bezug zu einem ersten Ende des Statorträgers unterschiedliche axiale Anordnungen und/oder unterschiedliche axiale Längen aufweisen, so dass ein zur Kühlung eingesetztes Fluid in einem mäanderförmigem Verlauf um die Kühlkanäle herumgeführt werden kann. Durch axiale Abstufung der Längen der Kanalwände, insbesondere in wenigstens einem Randbereich des Statorträgers, kann eine strömungsoptimierte Fluidführung erzielt werden.
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In einer bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung kann vorgesehen sein, dass der Statorträger an einem ersten axialen Ende und/oder an einem zweiten axialen Ende jeweils einen Ringabschnitt ohne in radiale Richtung vorstehende Strukturen aufweist. Der Ringabschnitt kann dabei insbesondere an der Außenfläche glatt sein und zur Anordnung einer Dichtung, beispielsweise eines O-Rings, dienen. Auf diese Weise kann an einem und/oder an beiden axialen Enden des Statorträgers eine Dichtung angeordnet werden, welche den Zwischenraum zwischen dem Statorträger und dem Inneren des Gehäuses gegenüber einer Umgebung einer elektrischen Maschine abdichtet. Dies ermöglicht es beispielsweise, dass zwischen dem Statorträger und dem Gehäuse ein flüssiges Kühlfluid geführt wird.
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Für den Statorträger kann erfindungsgemäß vorgesehen sein, dass er ein Strangpressprofil, insbesondere ein Aluminium-Strangpressprofil, oder ein Gussteil, insbesondere ein Aluminium-Gussteil, ist. Sowohl das Gießen als auch das Strangpressen ermöglichen das Herstellen eines einstückigen Statorträgers. Die Fertigung eines Strangpressprofils bietet weiterhin den Vorteil, dass ein Strangpressbauteil eine höhere Streckgrenze und eine höhere Bruchdehnung aufweist als ein im Gussverfahren hergestellter Statorträger. Weiterhin bietet das Strangpressmaterial den Vorteil, dass es weniger anfällig ist für Undichtigkeiten bei einer anschließenden Nachbearbeitung, insbesondere bei einem spanenden Materialabtrag, während der Fertigung. Dadurch kann das Auftreten von Undichtigkeiten an insbesondere spanend nachgearbeiteten Flächen wie Passungen oder Ähnlichem vermieden werden.
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Für eine erfindungsgemäße elektrische Maschine ist es vorgesehen, dass sie ein Gehäuse mit einer im Wesentlichen hohlzylinderförmigen Ausnehmung umfasst, wobei die Ausnehmung an ihrer Innenfläche eine oder mehrere Befestigungsnuten und/oder einen oder mehrere Zentrieranschläge aufweist, wobei in der Ausnehmung ein erfindungsgemäßer Statorträger derart angeordnet ist, dass der oder die Befestigungsabschnitte jeweils in eine Befestigungsnut eingreifen und/oder dass der oder die Zentrierabschnitte jeweils an einem Zentrieranschlag anliegen. Ein Zentrieranschlag kann sich dabei in die Ausnehmung des Gehäuses hineinerstrecken und/oder durch eine Verjüngung der Ausnehmung gebildet werden. Die Befestigungsnuten können insbesondere derart ausgebildet sein, dass sie zur Aufnahme der Befestigungsabschnitte derart ausgebildet sind, dass die Befestigungsabschnitte beispielsweise nach einem Umformen in den Befestigungsnuten formschlüssig und/oder kraftschlüssig befestigt sind.
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Zur Abdichtung der elektrischen Maschine kann erfindungsgemäß vorgesehen sein, dass zwischen dem Gehäuse und dem Statorträger, insbesondere einem Randabschnitt des Statorträgers, wenigstens ein Dichtring, insbesondere ein Dichtring mit einem polygonalen oder ovalen Querschnitt und/oder mit einer krümmungsstetigen Kontur, angeordnet ist. Es kann insbesondere vorgesehen sein, dass auch die Zentrierabschnitte und/oder die Befestigungsabschnitte in einem Randabschnitt des Statorträgers angeordnet sind, wobei durch den Dichtring eine Abdichtung auch entlang der Kanten der Zentrierabschnitte und/oder der Befestigungsabschnitte erfolgt. Die Verwendung eines Dichtrings mit polygonalem bzw. ovalem Querschnitts und/oder einer krümmungsstetigen Kontur bietet dabei weiterhin den Vorteil, dass der Dichtring die Zentrierabschnitte und/oder die Befestigungsabschnitte radial überragt. Die Form des Dichtrings richtet sich dabei selbstverständlich nach der Anzahl und der Anordnung der Zentrierabschnitte und/oder der Befestigungsabschnitte des abzudichtenden Statorträgers. Weiterhin bietet eine polygonale und/oder ovale Form des Dichtrings den Vorteil, dass die Dichtung aufgrund ihrer Form automatisch gegen eine ungewollte Verdrehung gesichert ist.
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Für ein erfindungsgemäßes Kraftfahrzeug ist vorgesehen, dass es eine erfindungsgemäße elektrische Maschine umfasst. Die elektrische Maschine kann dabei beispielsweise einen Antriebsmotor des Kraftfahrzeuges bilden. Es ist auch möglich, dass das Kraftfahrzeug mehr als eine elektrische Maschine umfasst und/oder dass die elektrische Maschine auch zum Erzeugen von elektrischer Energie in einem Generatorbetrieb eingesetzt wird.
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Für ein erfindungsgemäßes Verfahren zur Herstellung eines Statorträgers ist vorgesehen, dass es die folgenden Schritte umfasst:
- - Bereitstellen eines einstückig in einem Strangpressverfahren hergestellten Halbzeugs, umfassend einen hohlzylinderförmigen Grundkörper, welcher an seiner Außenfläche mehrere sich in axialer Richtung erstreckende und in radialer Richtung abstehende Kanalwände sowie wenigstens einen in radialer Richtung über die Kanalwände herausragenden ersten Steg und/oder wenigstens einen in radialer Richtung über die Kanalwände um den ersten Steg herausragenden zweiten Steg aufweist,
- - Reduktion der axialen Länge durch Abtragen eines Teils des wenigstens einen ersten Stegs zur Bildung eines Befestigungsabschnitts und/oder eines Teils des wenigstens einen zweiten Stegs zur Bildung eines Zentrierabschnitts.
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Das erfindungsgemäße Verfahren ermöglicht eine besonders einfache Herstellung eines erfindungsgemäßen Statorträgers. Da in einem Strangpressverfahren insbesondere Strukturen mit einem in axialer Richtung gleichförmigen Profil hergestellt werden können, kann ein Halbzeug zur Bildung mit in axialer Richtung erstreckenden Kanalwänden sowie einem in radialer Richtung über die Kanalwände herausragenden ersten Steg und/oder wenigstens einem in radialer Richtung über die Kanalwände herausragenden zweiten Steg hergestellt werden.
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Nach dem Strangpressen kann ein Teil des ersten Steges und/oder ein Teil des zweiten Steges abgetragen werden, um dessen jeweilige axiale Länge zu reduzieren. Dabei kann durch ein Abtragen eines Teils des wenigstens einen ersten Steges ein Befestigungsabschnitt gebildet werden und/oder durch Abtragen eines Teil des zweiten Steges ein Zentrierabschnitt gebildet werden. Selbstverständlich können mehrere erste Stege und/oder mehrere zweite Stege vorgesehen sein, so dass durch Abtragen der jeweiligen Stege mehrere Befestigungsabschnitte und/oder Zentrierabschnitte vorgesehen sein können. Bei der Herstellung eines Statorträgers, welcher sowohl wenigstens einen Zentrierabschnitt als auch wenigstens einen Befestigungsabschnitt aufweist, kann vorgesehen sein, dass der erste Steg in radialer Richtung auch über den zweiten Steg herausragt, so dass nach dem anschließenden Abtragen auch die gebildeten Befestigungsabschnitte in radialer Richtung über die gebildeten Zentrierabschnitte herausstehen. Der zur Bildung eines Befestigungsabschnitts verwendete erste Steg kann beispielsweise einen Querschnitt mit zwei Spannabschnitten und einer zwischen den Spannabschnitten angeordneten Aussparung aufweisen. Der zweite Steg kann einen Aufbau entsprechend zweier Kanalwände mit einem auf den oberen Kanten angeordneten Flächenabschnitt aufweisen. Durch ein Reduzieren der axialen Länge des Flächenabschnitts kann ein Zentrierabschnitt gebildet und präzise positioniert werden.
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Auch die Kanalwände oder ein Teil der Kanalwände kann nach dem Strangpressen zum Teil abgetragen werden, wodurch unterschiedliche axiale Ausdehnungen der Kanalwände erreicht werden können. Dies ermöglicht es, die Fluidführung zwischen dem Statorträger und einem Gehäuse einstellen zu können. Es ist auch möglich, dass an einem ersten axialen Ende und/oder einem zweiten axialen Ende des Statorträgers jeweils ein Ringabschnitt durch Abtragen sämtlicher in radialer Richtung abstehender Strukturen erzeugt wird. Zur Herstellung von Statorträgern, welche sowohl wenigstens einen Zentrierabschnitt als auch wenigstens einen Befestigungsabschnitt aufweisen, kann insbesondere vorgesehen sein, dass die zur Bildung der Befestigungsabschnitte vorgesehenen ersten Stege und die zur Bildung der Zentrierabschnitte vorgesehenen zweiten Stege in unterschiedlichen axialen Längen abgetragen werden. Dadurch kann erreicht werden, dass der oder die Zentrierabschnitte eine zu einem ersten axialen Ende des Grundkörpers gerichtete Seitenfläche aufweisen, welche vor der zu dem ersten Ende gerichteten Seitenfläche des oder der Befestigungsabschnitte liegen.
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Alle Ausführungen zu dem erfindungsgemäßen Statorträger gelten entsprechend auch für die erfindungsgemäße elektrische Maschine, das erfindungsgemäße Kraftfahrzeug sowie für das erfindungsgemäße Verfahren zur Herstellung eines Statorträgers.
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Weitere Vorteile und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus den im Folgenden beschriebenen Ausführungsbeispielen sowie anhand der Zeichnungen. Dabei zeigen:
- 1 eine perspektivische Ansicht eines erfindungsgemäßen Statorträgers,
- 2 eine Detailansicht eines erfindungsgemäßen Statorträgers,
- 3 eine schematische Darstellung eines Teils einer Außenfläche eines erfindungsgemäßen Statorträgers,
- 4 die schematische Darstellung einer geschnittenen Seitenansicht einer erfindungsgemäßen elektrischen Maschine,
- 5 einen Ausschnitt aus einer Seitenansicht eines erfindungsgemäßen Statorträgers,
- 6 einen Ausschnitt aus einer Seitenansicht einer erfindungsgemäßen elektrischen Maschine,
- 7 einen Ausschnitt eines weiteren Ausführungsbeispiels eines erfindungsgemäßen Statorträgers,
- 8 ein Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Statorträgers mit angeordneter Dichtung,
- 9 eine Detailansicht eines erfindungsgemäßen Statorträgers mit angeordneter Dichtung,
- 10 schematische Darstellung eines Zwischenschritts eines erfindungsgemäßen Verfahrens, und
- 11 eine schematische Darstellung eines erfindungsgemäßen Kraftfahrzeugs.
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In 1 ist ein erfindungsgemäßer Statorträger 1 dargestellt. Dieser umfasst einen hohlzylinderförmigen Grundkörper 2, an dessen Außenfläche 3 mehrere Kanalwände 4 angeordnet sind. Die Kanalwände 4 erstrecken sich dabei entlang der axialen Richtung (z-Richtung) des hohlzylinderförmigen Grundkörpers 2 und stehen in radialer Richtung r von der Außenfläche 3 des Grundkörpers 2 ab.
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Der Statorträger weist ein erstes axiales Ende 5 sowie ein zweites axiales Ende 6 auf. Sowohl am ersten axialen Ende 5 als auch am zweiten axialen Ende 6 ist jeweils ein Ringabschnitt 7, 8 angeordnet. In den Ringabschnitten 7, 8 des Grundkörpers 2 befinden sich keine Strukturen, welche in radialer Richtung von der Außenfläche 3 des Grundkörpers 2 abstehen. Angrenzend an den Ringabschnitt 8 am zweiten axialen Ende 6 des Grundkörpers 2 befinden sich drei Befestigungsabschnitte 9 sowie sechs Zentrierabschnitte 10. Die drei Befestigungsabschnitte 9 sind symmetrisch um den Umfang des Grundkörpers 2 angeordnet, weisen also bezüglich ihrer Mittelachsen einen Winkelversatz von 120° auf. Der Grundkörper 2 ist einstückig und kann beispielsweise aus Aluminium in einem Gussverfahren oder einem Strangpressverfahren hergestellt worden sein.
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In 2 ist eine Detailansicht des erfindungsgemäßen Statorträgers 1 dargestellt. Erkennbar sind die beiden dargestellten Zentrierabschnitte 10 jeweils in Umfangsrichtung benachbart zu dem Befestigungsabschnitt 9 angeordnet. Die Zentrierabschnitte 10 werden jeweils von einem Flächenabschnitt 11, welcher auf der Oberkante zweier Kanalwände 4 angeordnet ist und die beiden Kanalwände 4 miteinander verbindet, gebildet. Der Bereich unterhalb der Flächenabschnitte 11 bleibt dabei offen, so dass der Zwischenraum zwischen den beiden jeweiligen Kanalwänden 4 von einem Kühlfluid durchströmt werden kann. Der Befestigungsabschnitt 9 umfasst zwei Spannabschnitte 12, zwischen denen sich eine Ausnehmung 13 befindet. In die Ausnehmung 13 kann ein Spannelement 14, beispielsweise eine Schraube oder ein Passstift, eingeführt werden, wodurch die Spannabschnitte gespreizt werden und sich jeweils in Umfangsrichtung von der Ausnehmung 13 wegbiegen, wie nachfolgend in Bezug zu den 5 und 6 näher erläutert wird.
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In 3 ist eine schematische Aufsicht auf ein Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Statorträgers 1 gezeigt. Dargestellt sind mehrere Kanalwände 4 sowie ein Befestigungsabschnitt 9, welches angrenzend an den Ringabschnitt 8 an dem zweiten Ende 6 des Grundkörpers 2 angeordnet ist. Der Grundkörper 2 weist weiterhin zwei Zentrierabschnitte 10 auf, welche, wie bereits vorangehend zu 2 beschrieben wurde, in radialer Richtung benachbart zu dem Befestigungsabschnitt 9 angeordnet sind. Die Zentrierabschnitte 10 werden jeweils von einem Flächenabschnitt 11 gebildet, welcher auf der Oberkante zweier Kanalwände 4 angeordnet ist. Der unterhalb des Flächenabschnitts 11 gebildete, von einem Kühlfluid durchströmbare Hohlraum ist gestrichelt dargestellt. In axialer Richtung vor dem Befestigungsabschnitt 9, also näher an dem ersten axialen Ende 5 des Grundkörpers 2, ist ein weiterer Zentrierabschnitt 10 angeordnet. Die zum ersten Ende 5 des Grundkörpers 2 gerichteten Seitenflächen der Zentrierabschnitte 10 und 14 bilden eine Zentrierfläche, deren Lage schematisch durch die Linie 15 dargestellt ist. Die zum ersten Ende 5 gerichtete Seitenfläche des Befestigungsabschnittes 9 verläuft entlang der schematisch eingezeichneten Linie 16, befindet sich mithin also weiter entfernt vom ersten Ende 5 des Grundkörpers 2 bzw. näher am zweiten Ende 6 des Grundkörpers 2.
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In 4 ist eine geschnittene Seitenansicht einer erfindungsgemäßen elektrischen Maschine 17 dargestellt. Die elektrische Maschine 17 umfasst ein Gehäuse 18, mit einer im Wesentlichen hohlzylinderförmigen Aufnahme 19. In die Aufnahme 19 ist ein erfindungsgemäßer Statorträger 1 eingesetzt. An der Innenfläche des Statorträgers 1 sind mehrere Statorblechpakete 20 angeordnet. Die Statorblechpakete 20 können beispielsweise mit dem Statorträger 1 einen zylindrischen Querpressverband bilden, werden mithin also durch den Statorträger 1 in einer zylindrischen Anordnung gehalten. Das Gehäuse 18 der elektrischen Maschine 17 umfasst weiterhin einen Zentrieranschlag 21, an welchem die Zentrierabschnitte 10 des Statorträgers 1 anliegen. Durch das Anliegen der Zentrierabschnitte an dem Zentrieranschlag 21 wird eine präzise axiale Positionierung des Statorträgers 1 innerhalb des Gehäuses 18 der elektrischen Maschine 17 erreicht. Zwischen dem Statorträger 1 und dem Gehäuse 18 der elektrischen Maschine 17 wird ein Zwischenraum 22 gebildet. Dieser Zwischenraum 22 kann von einem Kühlfluid, beispielsweise von Kühlwasser oder von Luft, durchströmt werden. Um einen ungewollten Austritt des Kühlfluids zu verhindern, werden angrenzend an den Zwischenraum 22 und das Gehäuse 18 bzw. zwischen dem Statorträger 1 bzw. dem Gehäuse 18 und einer Abdeckung 23 Dichtungen 24 eingesetzt.
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Eine Befestigung des Statorträgers 1 an dem Gehäuse 18 erfolgt dabei mittels der Befestigungsabschnitte 9, wie nachfolgend erläutert wird.
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In 5 ist eine Detailansicht des Befestigungsabschnitts 9 dargestellt. Durch Einführen eines Spannmittels 14 in die Ausnehmung 13 zwischen den Spannabschnitten 12 des Befestigungsabschnitts 9 werden die Spannabschnitte 12 in Umfangsrichtung von der Ausnehmung 13 weg gespreizt. Dies ist durch die Pfeile 25 angedeutet. Durch diese Spreizung können die Spannabschnitte 12, wie in 6 dargestellt ist, an dem Gehäuse 17 befestigt werden. Das Gehäuse 17 weist dazu pro Befestigungsabschnitt 9 eine Befestigungsnut 26 auf, in welche jeweils ein Befestigungsabschnitt 9 des Statorträgers 1 eingreift. Durch Einführen des Spannmittels 14 in die dafür vorgesehene Aussparung 13 des Befestigungsabschnittes 9 werden die Spannelemente 12 kraftschlüssig und/oder formschlüssig mit dem Gehäuse 17 verbunden.
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Weiterhin ist in 6 zu erkennen, dass die von den Flächenabschnitten 11 gebildeten Zentrierabschnitte 10 an den Zentrieranschlag 21 des Gehäuses 17 anliegen, mithin also die axiale Position des Statorträgers 1 im Gehäuse 17 festlegen. Insbesondere können die Spannabschnitte 12 bevorzugt nur in Umfangsrichtung in Kontakt mit dem Gehäuse 17 gelangen, wodurch vorteilhaft axiale Verschiebungen des Statorträgers 1 aufgrund der Spreizung der Spannabschnitte 12 des Befestigungsabschnittes 9 vermieden werden können.
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In 7 ist eine Detailansicht eines weiteren Ausführungsbeispiels eines erfindungsgemäßen Statorträgers 1 dargestellt. Der Statorträger 1 umfasst mehrere Kanalwände 4 mit unterschiedlichen axialen Ausdehnungen. Dabei sind Kanalwände 27 vorgesehen, welche sich weiter in Richtung des zweiten Endes 6 erstrecken sowie Kanalwände 28, welche sich weiter in Richtung des ersten Endes 5 des Statorträgers 1 erstrecken. Zwischen einer ersten Kanalwand 27 und einer zweiten Kanalwand 28 ist dabei jeweils eine dritte Kanalwand 30 angeordnet, die insgesamt eine geringere axiale Länge als die ersten bzw. zweiten Kanalwände 27, 28 aufweisen. Durch die unterschiedlichen axialen Ausdehnungen der Kanalwände 28, 29, 30 kann eine mäanderförmige Fluidführung, wie durch die Pfeile 36 angedeutet, erreicht werden. Eine Abdichtung der Fluidführung gegenüber der Umgebung einer elektrischen Maschine, in welcher der darstellte Statorträger 1 eingesetzt ist, kann beispielsweise durch auf den Ringabschnitten 7, 8 angeordnete Dichtungen in axialer Richtung sowie durch das umgebende Gehäuse der elektrischen Maschine in radialer Richtung erzielt werden. Neben der dargestellten Geometrie der Kanalwände 28, 29, 30 sind auch weitere Geometrien, beispielsweise mit weiteren Abstufungen in axialer Richtung, beispielsweise zum Erzeugen von strömungsoptimierten Kanalwandverläufen, möglich.
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8 ist eine Ansicht einer Stirnseite eines erfindungsgemäßen Statorträgers 1 dargestellt. Um den äußeren Umfang des Grundkörpers 2 des Statorträgers 1 ist ein Dichtring 31 angeordnet, wobei der Dichtring 31 auf den Kanalwänden 4 bzw. auf den Befestigungsabschnitten 9 anliegt und diese in radialer Richtung ringförmig abdeckt. Der Dichtring 31 weist eine krümmungsstetige Kontur 32 sowie eine ovale Querschnittsfläche auf. Durch die ovale Querschnittsfläche und die krümmungsstetige Kontur 32 ist der Dichtring 31 nach Montage in eine elektrische Maschine gegen Verdrehung gesichert und ermöglicht rundum eine sichere Abdichtung. Die Stirnseiten der zwischen den Kanalwänden 4 ausgebildeten Kühlkanäle können beispielsweise an einem Ende des Statorträgers 1 durch das Gehäuse 18 sowie am anderen Ende des Statorträgers 1 durch eine Abdeckung 23 verschlossen werden.
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Eine alternative Möglichkeit zur Abdichtung ist in 9 dargestellt. Der Statorträger 1 weist einen Grundkörper 2 mit einem Ringabschnitt 8 auf, wobei der Dichtring 31 zusätzlich auf dem Ringabschnitt 8 zur Abdichtung des Inneren des Statorträgers 1 an dem zweiten Ende 6 anliegt. Zum Inneren des Statorträgers 1 hin gerichtet liegt der Dichtring 31 auf dem Befestigungsabschnitt 9 sowie auf den Kanalwänden 4 bereichsweise auf, so dass der Statorträger 1 umlaufend gegen ein den Statorträger aufnehmendes Gehäuse abgedichtet werden kann.
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Ein erfindungsgemäßer Statorträger 1 kann in einfacher Weise mittels eines erfindungsgemäßen Verfahrens hergestellt werden. In diesem Verfahren wird zunächst ein Halbzeug 32, wie in 10 dargestellt ist, hergestellt, wobei das Halbzeug 32 in einem Strangpressverfahren, insbesondere als Aluminium-Strangpressprofil, hergestellt wird. Das Halbzeug 32 weist neben dem hohlzylinderförmigen Grundkörper 2 und den Kanalwänden 4 einen oder mehrere erste Stege 33 sowie einen oder mehrere zweite Stege 34 auf. Die ersten Stege 33 entsprechen in ihrem Querschnitt den in den vorangehenden Beispielen gezeigten Befestigungsabschnitten 9, der erste Steg 33 weist mithin zwei Spannabschnitte 12 sowie eine Ausnehmung 13 auf, welche sich über die gesamte axiale Länge des Grundkörpers 2 erstrecken. Die zweiten Stege 34 entsprechen den im vorangegangenen Beispiel gezeigten Zentrierabschnitten 10 und umfassen jeweils zwei Kanalwände 4 sowie einen auf den oberen Kanten der Kanalwände 4 angeordneten, die Kanalwände 4 verbindenden Flächenabschnitt 11. Aus dem dargestellten Halbzeug 32 kann ein erfindungsgemäßer Statorträger 1 hergestellt werden, indem ein Teil der ersten Stege 33 und/oder ein Teil der zweiten Stege 34, beispielsweise in einem spanenden Prozess, abgetragen werden. Auf diese Weise lässt sich die axiale Ausdehnung der nach dem Abtragen erhaltenden Zentrierabschnitte 10 sowie des Befestigungsabschnittes 9 einstellen. Entsprechend ist es ebenfalls möglich, dass alle oder ein Teil der Kanalwände 4 in ihrer axialen Ausdehnung reduziert werden, beispielsweise zum Erhalt einer mäandernden Kanalstruktur an der Außenfläche 3 des Grundkörpers 2. Auch die in den vorangegangenen Beispielen gezeigten Ringabschnitte 7, 8 können durch Abtragen der von der Grundfläche 3 in radialer Richtung abstehenden Strukturen in den Randbereichen des Grundkörpers 2 des Halbzeugs 32 erzeugt werden. Durch das erfindungsgemäße Verfahren lassen sich so in einfacher Weise, gegebenenfalls hinsichtlich ihrer Zentrierabschnitte und/oder Befestigungsabschnitte anpassbare, Statorträger 1 herstellen. Die auf diese Weise hergestellten Statorträger 1 können anschließend zur Bildung einer erfindungsgemäßen elektrischen Maschine 17 verwendet werden.
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Wie in 11 dargestellt ist, kann eine erfindungsgemäße elektrische Maschine 17 in einem erfindungsgemäßen Kraftfahrzeug 35 eingesetzt werden. Die elektrische Maschine 17 dient beispielsweise als Traktionsmotor des erfindungsgemäßen Kraftfahrzeugs 35 und kann mit weitern Komponenten des Kraftfahrzeugs 35, beispielsweise einem Traktionsenergiespeicher sowie weiteren elektrischen Komponenten und/oder mechanischen Komponenten verbunden sein.
