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Die vorliegende Erfindung betrifft eine Welle für eine elektrische Maschine, eine elektrische Maschine sowie ein System zum Kühlen einer elektrischen Maschine.
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Fahrzeuge werden zunehmend mit Hybridantrieben oder reinen Elektroantrieben ausgestattet. Hybridantriebe können zur Verminderung des Kraftstoffverbrauchs und der Schadstoffemissionen beitragen. Es haben sich weitgehend Antriebsstränge mit einem Verbrennungsmotor und einem oder mehreren Elektromotoren als Parallelhybrid oder als Mischhybrid durchgesetzt. Da sich die Antriebsmomente des Elektroantriebs und des Verbrennungsmotors je nach Ansteuerung addieren können, ist eine vergleichsweise kleinere Auslegung des Verbrennungsmotors und/oder dessen zeitweise Abschaltung möglich. Hierdurch kann eine signifikante Reduzierung der CO2-Emissionen ohne nennenswerte Leistungs- bzw. Komforteinbußen erreicht werden. Reine Elektrofahrzeuge können bisweilen ohne nennenswerte Emissionen betrieben werden.
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Insbesondere beim Einsatz von elektrischen Maschinen, die sehr hohe Drehzahlen erreichen können, beispielsweise im Bereich von 20.000 Umdrehungen pro Minute, sind die Bestandteile der elektrischen Maschinen enormen Belastungen und hohen Temperaturen ausgesetzt. Es ist daher bekannt, die einer elektrischen Maschine zugeführte Energie zu begrenzen, um eine zu hohe Erwärmung und damit einhergehende Beschädigung der elektrischen Maschine zu verhindern. Hierdurch kann die elektrische Maschine jedoch nicht ihr volles Potential ausschöpfen.
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Ferner ist es bekannt, die elektrische Maschine mittels an ihrem Gehäuse angeordneten Kühlrippen oder einer am Gehäuse angeordneten Wasserkühlung zu kühlen. Derartige Kühlungen sind nur wenig effizient, da die Kühlung mit einem großen Abstand zu der Wärmequelle stattfindet.
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Aus der
WO 2018/050380 A1 ist eine Maschine mit einer Hohlwelle bekannt, die in Lagern gelagert ist, sodass die Hohlwelle um eine Rotationsachse rotierbar ist. Die Hohlwelle wird im Betrieb der Maschine von einem Kühlmedium durchströmt. Die Hohlwelle grenzt an einem axialen Ende axial und/oder radial außen mediumdicht an ein Kupplungsteil an, über welches Kühlmedium in die Hohlwelle eingespeist und/oder aus der Hohlwelle ausgespeist wird. Am Kupplungsteil ist drehfest und relativ zur Rotationsachse zentriert ein Tragelement angeordnet, das in die Hohlwelle hineinragt und von dem Kühlmedium umgeben ist. Auf dem Tragelement ist relativ zur Rotationsachse zentriert ein Sensorelement angeordnet. An der Innenseite der Hohlwelle ist eine Maßverkörperung drehfest mit der Hohlwelle verbunden. Die Maßverkörperung und das Sensorelement wirken derart zusammen, dass anhand der von dem Sensorelement ausgegebenen Signale die Drehstellung der Hohlwelle und/oder die Änderung der Drehstellung der Hohlwelle ermittelbar sind. Nachteilig ist hierbei, dass die Hohlwelle als Ausgangswelle der elektrischen Maschine fungiert. Folglich muss die Hohlwelle eine entsprechende hohe Wandstärke aufweisen, was die Kühlung der elektrischen Maschine durch die Hohlwelle wenig effizient macht. Ferner ist ein Verbinden der Hohlwelle mit einer Mechanik und ein Organisieren des Fluidkreislaufs mit hohem technischem Aufwand verbunden.
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Generell ist es wünschenswert, eine elektrische Maschine so effizient wie möglich zu kühlen, um eine Beschränkung der der elektrischen Maschine zugeführten Energie so gering wie möglich zu halten. Eine Beschränkung der zugeführten Energie geht mit einer Einbuße in der Effizienz der elektrischen Maschine einher. Besonders bei elektrischen Maschinen für Kraftfahrzeuge sind verschiedene Betriebsmodi vorgesehen. Beispielsweise kann die elektrische Maschine in einem Rekuperationsmodus betrieben werden. In diesem Modus führt eine geringe Effizienz der elektrischen Maschine zu einem Verlust in der Energierückgewinnung. Ein Teil der quasi frei verfügbaren Energie kann folglich nicht zurückgewonnen und verwendet werden. Es ist daher von besonderem Interesse, die Effizienz einer elektrischen Maschine, insbesondere einer elektrischen Maschine für ein Kraftfahrzeug, zu erhöhen.
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Vor diesem Hintergrund stellt sich der vorliegenden Erfindung die Aufgabe, eine Möglichkeit zur Verbesserung der Kühlung einer elektrischen Maschine zu schaffen. Insbesondere soll eine Vorrichtung geschaffen werden, die eine Kühlung mit einem geringen Abstand zur Wärmequelle ermöglicht.
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Zum Lösen dieser Aufgabe betrifft die Erfindung eine Welle für eine elektrische Maschine, mit:
- einer äußeren Teilwelle, die dazu ausgebildet ist, mit einem Rotor der elektrischen Maschine drehfest verbunden zu werden;
- einer inneren Teilwelle, die mit der äußeren Teilwelle drehfest verbunden ist, und als Ausgangswelle der elektrischen Maschine ausgebildet ist;
- einem in radialer Richtung zwischen der äußeren Teilwelle und der inneren Teilwelle angeordneten Zufluss, um der Welle Kühlfluid zuzuführen; und
- einem in radialer Richtung zwischen der äußeren Teilwelle und der inneren Teilwelle angeordneten Abfluss, um der Welle zugeführtes Kühlfluid abzuführen; wobei
- die äußere Teilwelle einen Fluidraum umschließt, der in axialer Richtung zwischen dem Zufluss und dem Abfluss angeordnet ist;
- der Fluidraum zur Aufnahme des Kühlfluids ausgebildet ist, um die Welle zu kühlen; und
- eine Fließrichtung des Kühlfluids in dem Fluidraum durch eine Förderrichtung einer Fluidpumpe festgelegt ist.
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Die Erfindung betrifft ferner eine elektrische Maschine, mit:
- einem Stator;
- einem Rotor; und
- einer Welle wie zuvor beschrieben, wobei die Welle drehfest mit dem Rotor der elektrischen Maschine verbunden ist.
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Weiterhin betrifft die Erfindung ein System zum Kühlen einer elektrischen Maschine, vorzugsweise einer vordefinierten elektrischen Maschine, mit:
- einem Fluidsumpf zum Speichern des Fluids; und
- einer Fluidpumpe zum Fördern des Kühlfluids vom Fluidsumpf zur elektrischen Maschine, um einen Kühlkreislauf zu bilden.
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Bevorzugte Ausgestaltungen der Erfindung werden in den abhängigen Ansprüchen beschrieben. Es versteht sich, dass die vorstehend genannten und die nachstehend noch zu erläuternden Merkmale nicht nur in der jeweils angegebenen Kombination, sondern auch in anderen Kombinationen oder in Alleinstellung verwendbar sind, ohne den Rahmen der vorliegenden Erfindung zu verlassen. Ferner versteht sich, dass die hier genannten Merkmale und Vorteile bei jeder elektrischen Maschine Anwendung finden können unabhängig von ihrem Einsatzzweck.
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Durch das Vorsehen einer Welle für eine elektrische Maschine mit einer äußeren Teilwelle und einer inneren Teilwelle, wobei die äußere Teilwelle einen Fluidraum umschließt, kann ein Fluidraum zum Kühlen der elektrischen Maschine im Inneren der elektrischen Maschine bereitgestellt werden. Es kann Wärme direkt aus dem Inneren der elektrischen Maschine abgeführt werden. Die Kühlung der elektrischen Maschine ist technisch einfach und effizient möglich. Durch das Vorsehen der inneren Teilwelle als Ausgangswelle der elektrischen Maschine kann auf weitere Bauteile verzichtet werden. Die elektrische Maschine kann technisch einfach mit wenigen Bauteilen gefertigt werden. Durch das Vorgeben bzw. Festlegen einer Fließrichtung eines Kühlfluids in dem Fluidraum durch eine Förderrichtung einer Fluidpumpe kann ein Kühlkreislauf geschaffen werden. Beim Betrieb der elektrischen Maschine wird sich im Fluidraum befindendes Kühlfluid aufgrund der Zentrifugalkraft nach radial außen gegen eine Innenwand der äußeren Teilwelle gedrückt, sodass eine große Oberfläche im Inneren des Fluidraums mit Kühlfluid bedeckt ist. Die Kühlung wird hierbei weiter verbessert.
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In einer bevorzugten Ausgestaltung weist die äußere Teilwelle einen Verbindungsabschnitt auf, der dazu ausgebildet ist, die äußere Teilwelle mit der inneren Teilwelle drehfest zu verbinden. Der Zufluss weist einen Kanal, einen Durchstich und/oder eine Bohrung in dem Verbindungsabschnitt auf. Durch einen Zufluss in Form eines Kanals, eines Durchstichs und/oder einer Bohrung in einem Verbindungsabschnitt kann der Zufluss technisch einfach umgesetzt werden. Es sind keine weiteren Bauteile nötig, um die Welle mit Kühlfluid zu versorgen. Durch das Vorsehen eines Verbindungsabschnitts, der dazu ausgebildet ist, die äußere Teilwelle mit der inneren Teilwelle drehfest zu verbinden, kann die Welle mit wenigen Bauteilen aufgebaut werden.
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In einer vorteilhaften Ausgestaltung weist der Verbindungsabschnitt eine Mitnahmeverzahnung auf, um die innere und äußere Teilwelle miteinander drehfest zu verbinden. Hierdurch kann kosteneffizient eine drehfeste Verbindung zwischen innerer Teilwelle und äußerer Teilwelle geschaffen werden. Ferner ist eine Fertigung der Welle vereinfacht, da die innere Teilwelle einfach in die äußere Teilwelle gesteckt beziehungsweise gepresst werden kann, um die Welle zu bilden.
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In einer vorteilhaften Ausgestaltung ist der Abfluss durch einen Spalt zwischen der äußeren Teilwelle und der inneren Teilwelle gebildet. Hierdurch kann ein Abfließen des warmen Kühlfluids aus dem Fluidraum auf technisch einfache Weise realisiert werden. Ferner ist hierdurch vorzugsweise keine feste Verbindung im Bereich des Abflusses zwischen innerer und äußerer Teilwelle, wodurch die innere Teilwelle verbessert zurückweichen kann, um beispielsweise Spiel in einer mit der Welle verbundenen Mechanik auszugleichen.
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In einer bevorzugten Ausgestaltung weist die innere Teilwelle im Bereich des Abflusses einen Stützsteg zum Abstützen der inneren Teilwelle an der äußeren Teilwelle auf. Hierdurch kann eine im Wesentlichen starre Welle geschaffen werden. Insbesondere können ein Stützen der inneren Teilwelle und gleichzeitiges Abfließen von erwärmtem Kühlfluid technisch einfach erreicht werden.
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In einer bevorzugten Ausgestaltung mündet der Abfluss in einer Zuleitung zu einem Fluidsumpf. Auf diese Weise kann technisch einfach ein Kühlkreislauf geschaffen werden. Ferner kann sich erwärmtes und bewegtes Fluid in einem Fluidsumpf setzen. Eventuell entstandene Blasen im Kühlfluid können aufgrund ihrer geringeren Dichte nach oben wandern. Bei einem erneuten Ansaugen des Kühlfluids aus dem Fluidsumpf mittels einer Fluidpumpe und einem erneuten Kühlen sind weniger Panschverluste und eine hohe Kühlleistung möglich.
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In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung steht ein Endabschnitt der inneren Teilwelle axial weiter vor als die äußere Teilwelle, um die Ausgangswelle der elektrischen Maschine zu bilden. Auf diese Weise kann technisch einfach mit nur einem Bauteil eine Kühlung sowie eine Verbindung mit einer Mechanik erreicht werden. Die Welle kann anstatt einer im Stand der Technik bekannten Ausgangswelle für eine elektrische Maschine verwendet werden.
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In einer vorteilhaften Ausgestaltung ist der Endabschnitt dazu ausgebildet, mit einer Mechanik verbunden zu werden und/oder bildet selbst einen Teil der Mechanik. Auf diese Weise kann die Welle ohne weitere Hilfsmittel mit einer Mechanik wirkverbunden werden.
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In einer vorteilhaften Ausgestaltung ist die äußere Teilwelle zweiteilig ausgebildet. Die beiden Teile sind mittels eines Pressverbands, Reibschweißens und/oder Klebens fluiddicht verbunden. Auf diese Weise ist die Fertigung der äußeren Teilwelle technisch einfach möglich. Ferner kann sichergestellt werden, dass kein Fluid durch die Verbindung der beiden Teile in einen Rotor der elektrischen Maschine gelangt.
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In einer vorteilhaften Ausgestaltung der elektrischen Maschine weist diese ein Geberrad auf. Das Geberrad ist dazu ausgebildet, mit der Welle zu drehen und umfasst eine Bohrung, um Kühlfluid durch das Geberrad hindurch der Welle zuzuführen. Auf diese Weise ist eine Überwachung der Drehzahl und Drehrichtung der elektrischen Maschine technisch einfach und zuverlässig möglich, wobei eine Zufuhr von Kühlfluid zur Welle der elektrischen Maschine gewährleistet ist.
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In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der elektrischen Maschine ist die äußere Teilwelle mittels eines Pressverbands mit dem Rotor der elektrischen Maschine drehfest verbunden. Auf diese Weise kann kosteneffizient eine drehfeste Verbindung der Welle mit dem Rotor der elektrischen Maschine geschaffen werden.
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In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der elektrischen Maschine ist die elektrische Maschine dazu ausgebildet, an der Welle mit einem Getriebe wirkverbunden zu werden. Der Abfluss ist dazu ausgebildet, Kühlfluid dem Getriebe zuzuführen, um das Getriebe zu schmieren und/oder zu kühlen. Auf diese Weise kann technisch einfach das wirkverbundene Getriebe gekühlt und geschmiert werden. Vorzugsweise kann auf eine zusätzliche Schmierung und Kühlung des Getriebes verzichtet werden.
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In einer vorteilhaften Ausgestaltung, weist das System zum Kühlen der elektrischen Maschine einen Wärmetauscher auf, um dem Kühlfluid Wärme zu entziehen. Der Wärmetauscher ist dabei vorzugsweise in Fluidflussrichtung zwischen Fluidsumpf und Fluidpumpe angeordnet. Auf diese Weise kann die Kühlung der elektrischen Maschine weiter verbessert werden. Dem Kühlfluid kann zusätzlich Wärme entzogen werden.
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Kühlfluid gibt es in vielen verschiedenen Zusammensetzungen, je nach Einsatzort und -gebiet. So kann beispielsweise ein Mineral-Öl und/oder synthetisches Öl, mit oder ohne Additiven verwendet werden. Es ist auch denkbar Wasser, insbesondere deionisiertes Wasser, mit oder ohne Additiven zu verwenden. Auch Alkohole oder Ether können mit oder ohne Additiven als Kühlfluid Verwendung finden. Prinzipiell kann jedes Gas oder jede Flüssigkeit, abhängig vom Einsatzzweck, als Kühlfluid Anwendung finden. Vorliegend ist ein über die komplette Temperaturspanne flüssiger bzw. fließfähiger Stoff als Kühlfluid anwendbar.
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Rekuperation ist eine Rückgewinnung von Energie bei einem Bremsvorgang. Eine Rekuperationsbremse, auch Nutzbremse genannt, arbeitet wie jede elektrodynamische Bremse verschleißfrei. Die Bremswirkung kommt zustande, indem die Fahrmotoren als elektrische Generatoren betrieben werden. Die elektrische Energie kann im Fahrzeug beispielsweise in einem Akkumulator oder Hochleistungskondensator vorgehalten werden.
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Ein Geberrad ist eine Vorrichtung, um ein Signal zu erzeugen, das mit der Winkel- oder Drehposition des Geberrads korreliert. Beispielsweise kann anhand von periodischen Lücken in einem Zahnkranz oder mittels eines Induktionsgebers aufgrund der Magnetfeldänderungen ein Winkel oder Drehzahlsignal erzeugt werden. Eine gleichmäßige Zahnstruktur entspricht einem sinusförmigen Spannungsverlauf. Des Weiteren kann einem Steuergerät eine bestimmte Zahnradposition übermittelt werden, indem in bestimmten Abständen unterschiedlich große Lücken verwendet werden, wodurch es zu einer Veränderung des Spannungsverlaufes kommt. Es ist auch eine optische Ermittlung der Winkelposition oder Drehzahl denkbar, beispielsweise durch Zähne eines Zahnrads, die eine Lichtschranke durchfahren.
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Planschverluste sind Wirkungsgradverluste welche zu Beeinträchtigungen in den Kühleigenschaften eines Kühlfluids führen, die aufgrund von Verunreinigungen, vorzugsweise durch Luftbläschen entstehen. Die Verunreinigungen haben zumeist schlechtere thermische Eigenschaften als das Kühlfluid, sodass ein verunreinigtes Kühlfluid weniger Wärme aufnehmen kann. Ferner kann im Falle einer Verunreinigung des Kühlfluids durch Lufteinschluss, sich die Viskosität des Kühlfluids ändern, sodass eine Fluidpumpe weniger effizient arbeitet.
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Die Erfindung wird nachfolgend anhand einiger ausgewählter Ausführungsbeispiele im Zusammenhang mit den beiliegenden Zeichnungen näher beschrieben und erläutert. Es zeigen:
- 1 eine schematische Darstellung einer elektrischen Maschine mit einer Welle gemäß der vorliegenden Erfindung;
- 2 eine schematische Darstellung eines Kühlsystems gemäß der vorliegenden Erfindung;
- 3 eine schematische Detaildarstellung der Welle der elektrischen Maschine;
- 4 eine technische Zeichnung einer elektrischen Maschine mit einer Welle; und
- 5 eine weitere technische Zeichnung der elektrischen Maschine mit einer Welle.
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In 1 ist schematisch eine elektrische Maschine 10 gezeigt. Die elektrische Maschine 10 weist eine Welle 12, die mit einem Rotor 14 der elektrischen Maschine drehfest verbunden ist, auf. Ein Stator 16 der elektrischen Maschine 10 ist mit einem Gehäuse 18 drehfest verbunden. Es versteht sich, dass der Stator 16 auch mit einem anderen Bauteil, das eine Drehbewegung des Stators 16 relativ zum Rotor 14 verhindert, wirkverbunden sein kann. Die Darstellung ist beispielhaft zu verstehen, die Komponenten sind nicht maßstabsgetreu. Ferner wurde auf eine Darstellung weiterer Details verzichtet.
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Bei einem Betrieb der elektrischen Maschine 10 drehen sich der Rotor 14 und die Welle 12 mit gleicher Rotationsgeschwindigkeit. Der Stator 16 ist mit dem Gehäuse 18 derart verbunden, dass er im Wesentlichen keine Bewegung, insbesondere keine Drehbewegung ausführt. Die elektrische Maschine 10 kann eine Gleichstrom-, Wechselstrom-, Dreiphasenwechselmaschine sein. Generell kann die Erfindung mit jeder elektrischen Maschine verwendet werden, die eine Ausgangswelle aufweist.
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In 2 ist schematisch ein System 20 zum Kühlen der elektrischen Maschine 10 gezeigt. Das System 20 umfasst einen Fluidsumpf 22, eine Fluidpumpe 24 und Leitungen 26.
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Die Fluidpumpe 24 fördert Kühlfluid 28 aus dem Fluidsumpf in die Welle 12 der elektrischen Maschine 10. Das Kühlfluid 28 nimmt Wärme von der elektrischen Maschine 10 auf. Durch weiteres Fördern von Kühlfluid 28 wird das sich in der Welle 12 befindende Kühlfluid 28 aus der Welle 12 der elektrischen Maschine 10 gedrängt und fließt wieder zurück in den Fluidsumpf 22.
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Die Fluidpumpe 24 kann dabei jede Art von Pumpe, die zur Förderung von Kühlfluid geeignet ist, sein. Es versteht sich, dass in dem System 20 ein oder mehrere Wärmetauscher vorgesehen sein können, um das Kühlfluid 28 verbessert zu kühlen. Zudem kann ein Fluidfilter vorgesehen sein, um Schwebstoffe aus dem Kühlfluid 28 zu filtern. Es können zudem ein oder mehrere Temperatursensoren vorgesehen sein, um die Temperatur der elektrischen Maschine 10 und/oder des Kühlfluids 28 zu erfassen. Es ist denkbar, die Fluidpumpe 24 in Abhängigkeit von der Temperatur der elektrischen Maschine 10 und/oder des Kühlfluids 28 zu regeln. Die Darstellung ist als funktionsfähiges Minimalschema zu verstehen. Es ist ferner auch denkbar, dass die Fluidpumpe 24 einen weiteren Kühlkreis bedient.
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In 3 ist schematisch eine Detailansicht der Welle 12 der elektrischen Maschine 10 gezeigt. Die Welle 12 weist eine erste radial innenliegende innere Teilwelle 30, die im gezeigten Beispiel als Vollwelle ausgebildet ist, auf. Die Welle 12 weist ferner eine zweite radial außenliegende äußere Teilwelle 32 auf, die als Hohlwelle ausgebildet ist und die innere Teilwelle 30 umgibt.
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An der Welle ist ein Geberrad 34 angeordnet, um die Drehzahl der Welle 12 und damit des Rotors 14 der elektrischen Maschine 10 zu ermitteln. Das Geberrad 34 weist eine Aussparung auf, um über das Geberrad 34 Fluid durch einen Zufluss 36 in Form eines Kanals, der sich in einem Verbindungsabschnitt 38 befindet, dem Fluidraum 40 zuzuführen. Ein Abfluss 42 ist in Form eines Spaltes zwischen der inneren Teilwelle 30 und äußeren Teilwelle 32 gebildet. Je nach Anwendungsfall kann auch ein Stützsteg 41 im Bereich des Abflusses 42 vorgesehen sein, um die äußere Teilwelle 32 an der inneren Teilwelle 30 zu stützen. Der Verbindungsabschnitt 38 ist dazu ausgebildet, die innere Teilwelle 30 und die äußere Teilwelle 32 drehfest miteinander zu verbinden. Dazu kann der Verbindungsabschnitt 38 eine Mitnahmeverzahnung aufweisen. Es ist auch denkbar, die beiden Teilwellen 30, 32 miteinander zu verschweißen oder zu verkleben. Auch ein Pressverband ist denkbar.
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4 zeigt schematisch eine detaillierte technische Zeichnung eines Ausschnitts einer elektrischen Maschine 10 mit einer Welle 12. Gleiche Bezugszeichen beziehen sich auf gleiche Merkmale und werden nicht erneut erläutert. Die Figur stellt eine Schnittzeichnung dar.
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In dem gezeigten Beispiel weist die Welle 12 an ihrer Abflussseite eine Mechanik in Form eines Getriebes 44 auf. Die radial außenliegende Teilwelle ist durch ein erstes Teil 32a und ein zweites Teil 32b gebildet. Ferner weist die Welle 12 an ihrem Verbindungsabschnitt 38 eine Mitnahmeverzahnung 46 auf, um die äußere Teilwelle 32 mit der inneren Teilwelle 30 drehfest zu verbinden. Die beiden Teile 32a, 32b sind mittels Reibschweißens miteinander fluiddicht verbunden.
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Ist die elektrische Maschine 10 und insbesondere die Welle 12 mit einem Fluidkreislauf verbunden, wird Kühlfluid 28 von der Fluidpumpe 24 aus dem Fluidsumpf 22 angesaugt. Die Fluidpumpe 24 bringt das Kühlfluid 28 durch Leitungen 26 und Hydraulikverschraubungen in die Welle 12. Zwischen dem Geberrad 34, das mit der inneren Teilwelle 30 und der äußeren Teilwelle 32 und dem Rotor 14 der elektrischen Maschine 10 dreht, und einem Lagerdeckel 48 befindet sich eine Abdichtung, beispielsweise eine Radialwellendichtung oder eine Kombination aus Dichtring und Prallblech.
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Das Kühlfluid 28 fließt durch Bohrungen im Lagerdeckel 48 in das Innere, also in die Aussparung des Geberrads 34. Von dort wird es über mehrere Zuflüsse 36 in Form von Bohrungen im Geberrad 34 in die Welle 12 gebracht und in dem Fluidraum 40 aufgenommen.
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Damit das Kühlfluid 28 nicht durch einen Zwischenraum zwischen der inneren Teilwelle 30 und der äußeren Teilwelle 32 weiter fließt, dichten Dichtungen 50 diesen Spalt ab, wobei die am Verbindungsabschnitt 38 angeordnete Dichtung 50 ebenso zu einem fettgeschmierten Lager bzw. zu einem Raum der elektrischen Maschine abdichtet. Die Dichtung 50 kann bevorzugt als O-Ring ausgeführt sein, wobei dieser in der Regel Teile gleicher Drehzahl oder starre Teile gegeneinander abdichtet. Die Dichtung 54 dagegen kann z.B. ein Radialwellendichtring sein oder eine Kombination aus Dichtring und Prallblech, wobei die Dichtung 54 Teile unterschiedlicher Drehzahl gegeneinander abdichtet. Das Kühlfluid 28 fließt folglich in den Fluidraum 40 und vorzugsweise nahe an die äußere Teilwelle 32. Hierdurch gelangt das Kühlfluid 28 nahe an den Rotor 14 der elektrischen Maschine 10. Es wird eine gute Kühlleistung erzielt. Die Kühlleistung wird durch Zentrifugalkraft (Rotation der Welle 12) unterstützt, wobei das Kühlfluid 28 im Fluidraum 40 an die Wandungen der äußeren Teilwelle 32 gebracht wird und Wärme vom Rotor 14 der elektrischen Maschine 10 aufnimmt. Die äußere Teilwelle 32 ist zweiteilig aufgebaut, wobei die beiden Teile 32a und 32b miteinander fluiddicht verbunden sind. Dies kann beispielsweise über Reibschweißen oder einen Pressverband erfolgen.
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Der Fluidraum 40 der Welle 12 kann bereits in die Welle 12 geschmiedet sein, aber auch spanend herausgedreht sein. Die äußere Teilwelle 32, auf die der Rotor 14 der elektrischen Maschine 10 aufgebracht ist, weist vorzugsweise eine große Kontaktfläche zum Rotor 14 der elektrischen Maschine 10 auf, um eine erhöhte Wärmeleitfähigkeit von der elektrischen Maschine 10 in die äußere Teilwelle 32 zu erreichen, wobei diese Wärme schließlich an das Kühlfluid 28 abgegeben wird. Da der Fluidraum 40 der Welle 12 geschlossen ist, gelangt das Kühlfluid 28 in den Abfluss 42 in Form eines Spaltes zwischen der inneren Teilwelle 30 und der äußeren Teilwelle 32 und von dort zurück in den Fluidsumpf 22.
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5 zeigt eine technische Zeichnung einer elektrischen Maschine 10 mit einer Welle 12 gemäß der vorliegenden Erfindung. Gleiche Bezugszeichen beziehen sich auf gleiche Merkmale und werden daher nicht erneut erläutert.
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Die 5 stellt eine Schnittzeichnung dar, bei der die Welle 12 und folglich auch der Rotor 14 der elektrischen Maschine 10 im Vergleich zu dem in 4 gezeigten Schnitt um die Achse gedreht ist. In diesem Schnitt ist der Zufluss 36 nicht zu sehen. Zudem wurde auf die Darstellung weiterer Details im Lagerdeckel 48 und im Getriebe 44 verzichtet. Im Geberrad 34 sind Bohrungen 52 gezeigt, die einen Durchfluss von Kühlfluid 28 durch das Geberrad 34 in den in dieser Drehposition des Rotors 14, der Welle 12 und des Geberrads 34 nicht zu sehenden Zufluss 36 im Verbindungsabschnitt 28 ermöglichen.
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Die Erfindung wurde anhand der Zeichnungen und der Beschreibung umfassend beschrieben und erklärt. Die Beschreibung und Erklärung sind als Beispiel und nicht einschränkend zu verstehen. Die Erfindung ist nicht auf die offenbarten Ausführungsformen beschränkt. Andere Ausführungsformen oder Variationen ergeben sich für den Fachmann bei der Verwendung der vorliegenden Erfindung sowie bei einer genauen Analyse der Zeichnungen, der Offenbarung und der nachfolgenden Patentansprüche.
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In den Patentansprüchen schließen die Wörter „umfassen“ und „mit“ nicht das Vorhandensein weiterer Elemente oder Schritte aus. Der undefinierte Artikel „ein“ oder „eine“ schließt nicht das Vorhandensein einer Mehrzahl aus. Die bloße Nennung einiger Maßnahmen in mehreren verschiedenen abhängigen Patentansprüchen ist nicht dahingehend zu verstehen, dass eine Kombination dieser Maßnahmen nicht ebenfalls vorteilhaft verwendet werden kann. Bezugszeichen in den Patentansprüchen sind nicht einschränkend zu verstehen.
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Bezugszeichenliste
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- 10
- elektrische Maschine
- 12
- Welle
- 14
- Rotor
- 16
- Stator
- 18
- Gehäuse
- 20
- System
- 22
- Fluidsumpf
- 24
- Fluidpumpe
- 26
- Leitung
- 28
- Kühlfluid
- 30
- innere Teilwelle
- 32
- äußere Teilwelle
- 34
- Geberrad
- 36
- Zufluss
- 38
- Verbindungsabschnitt
- 40
- Fluidraum
- 41
- Stützsteg
- 42
- Abfluss
- 44
- Getriebe
- 46
- Mitnahmeverzahnung
- 48
- Lagerdeckel
- 50
- Dichtung
- 52
- Bohrung im Geberrad
- 54
- Dichtung
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
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Zitierte Patentliteratur
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