DE102020106099A1

DE102020106099A1 - Gehäuse für einen Elektromotor

Info

Publication number: DE102020106099A1
Application number: DE102020106099.8A
Authority: DE
Inventors: Heinz Kuhlmann; Axel Neukirchen; Thomas Raidt; Gregor Niesmann; Oliver Büscher
Original assignee: Winkelmann Powertrain Components GmbH and Co KG
Current assignee: Winkelmann Powertrain Components GmbH and Co KG
Priority date: 2020-03-06
Filing date: 2020-03-06
Publication date: 2021-09-09
Also published as: EP4115504A1; WO2021175896A1

Abstract

Ein Gehäuse für eine elektrische Maschine, insbesondere einen Elektromotor, mit einem inneren Gehäuseteil (3) und einem das innere Gehäuseteil (3) umgebenden äußeren Gehäuseteil (4), wobei zwischen den beiden Gehäuseteilen (3,4) ein einen Kühlkanal bildender Zwischenraum (5) besteht, wobei ein Gehäuseteil auf der dem Zwischenraum (5) zugewandten Seite mit einer Kühlkanalstruktur versehen ist und wobei ein Gehäuseteil aus Metall und das andere Gehäuseteil aus Kunststoff besteht, soll besonders einfach hergestellt werden können.Dies wird dadurch erreicht, dass die aus Kunststoff bestehende Kühlkanalstruktur an das Gehäuseteil (3,4) aus Metall angespritzt ist.

Description

Die Erfindung betrifft ein Gehäuse für eine elektrische Maschine, insbesondere einen Elektromotor, mit einem inneren Gehäuseteil und einem das innere Gehäuseteil umgebenden äußeren Gehäuseteil, wobei zwischen den beiden Gehäuseteilen ein einen Kühlkanal bildender Zwischenraum besteht, wobei ein Gehäuseteil auf der dem Zwischenraum zugewandten Seite mit einer Kühlkanalstruktur versehen ist und wobei ein Gehäuseteil aus Metall und das andere Gehäuseteil aus Kunststoff besteht.
Für Kraftfahrzeuge werden im zunehmenden Maße rotatorische elektrische Maschinen mit einer hohen Leistungsdichte als Antriebsmaschinen eingesetzt. Beim Betrieb von rotatorischen elektrischen Maschinen, insbesondere Elektromotoren und Generatoren, ist es meistens erforderlich, die entstehende Wärme mittels eines Kühlfluids abzuführen. Zu diesem Zweck ist in der Regel an der Außenwandung der elektrischen Maschine ein Kühlmantel vorgesehen, durch dessen Kühlraum während des Betriebs der Maschine ein Kühlfluid, z.B. Wasser, strömt.
Aus EP 3 553 922 A1 ist ein Gehäuse mit den Merkmalen des Oberbegriffes des Patentanspruches 1 bekannt. Die aus dieser Druckschrift bekannte Gehäuseanordnung für eine elektrische Maschine weist einen inneren und äußeren Mantel und mindestens einen dazwischen liegenden Kühlkanal zum Kühlen der elektrischen Maschine auf, wobei der Kühlkanal zum Transport einer Kühlflüssigkeit ausgebildet ist. Dabei ist der innere Mantel aus Metall insbesondere aus Aluminium-Druckguss und der äußere Mantel aus Kunststoff ausgebildet, wobei der äußere Mantel aus Kunststoff an seiner Innenfläche mit den Kühlkanal bildenden strömungsführenden Strukturen versehen ist. Diese Strukturen können als Kanäle, Stege oder Dichtlippen ausgeführt sein und können gemeinsam mit dem äußeren Mantel aus Kunststoff im Zwei-Komponenten-Spritzgussverfahren hergestellt werden. Ein solches Herstellungsverfahren ist jedoch relativ aufwendig und deshalb verbesserungswürdig.
Aufgabe der Erfindung ist es deshalb, ein leicht zu montierendes Gehäuse für eine elektrische Maschine zu schaffen, das besonders einfach hergestellt werden kann.
Diese Aufgabe wird bei einem Gehäuse der eingangs bezeichneten Art erfindungsgemäß dadurch gelöst, dass die aus Kunststoff bestehende Kühlkanalstruktur an das Gehäuseteil aus Metall angespritzt ist.
Die Erfindung ermöglicht eine besonders einfache Herstellung des Gehäuses, da die Kühlkanalstruktur aus Kunststoff einfach an das Gehäuseteil aus Metall angespritzt wird, so dass kein Zwei-Komponenten-Spritzgussverfahren erforderlich ist. Dabei kann das Gehäuseteil aus Metall das innere Gehäuseteil sein, in diesem Fall wird die Kühlkanalstruktur außenseitig angespritzt, oder das Gehäuseteil aus Metall kann das äußere Gehäuseteil sein, in diesem Fall wird die Kühlkanalstruktur innenseitig angespritzt. Das Gehäuseteil aus Metall dient zusätzlich zur Verbesserung der elektromagnetischen Verträglichkeit (EMV-Schutz).
Bevorzugt ist vorgesehen, dass die Kühlkanalstruktur aus einem Duroplast besteht. Alternativ können aber auch Thermoplaste oder Elastomere verwendet werden. Die Kühlkanalstruktur kann z.B. spiralring- oder mäanderförmig ausgebildet sein oder axial verlaufende Stege aufweisen. Sie kann auch voneinander getrennte Kammern aufweisen.
Es kann vorgesehen sein, dass die Kühlkanalstruktur und/oder das Gehäuseteil aus Kunststoff wenigstens bereichsweise aus geschäumtem Kunststoff besteht.
Das oder die Bauteile dient bzw. dienen dann gleichzeitig zur Schallabsorption.
Weiterhin ist bevorzugt vorgesehen, dass das Gehäuseteil aus Metall durch Umformen hergestellt ist, was eine besonders einfache und kostengünstige Herstellung ermöglicht.
In besonders bevorzugter Ausgestaltung ist vorgesehen, dass das Gehäuseteil aus Metall topfförmig ausgebildet ist, wobei der Topfboden ein Lagerschild für den Rotor der elektrischen Maschine bildet. Der Topfboden kann geschlossen sein oder eine Durchtrittsöffnung für den Rotor aufweisen.
Dabei ist dann weiterhin bevorzugt vorgesehen, dass an der dem Topfboden abgewandten Seite des Gehäuseteils aus Metall ein Deckel vorgesehen ist, der ebenfalls ein Lagerschild für den Rotor bildet. Der Deckel kann geschlossen sein oder eine Durchtrittsöffnung für den Rotor aufweisen. Alternativ kann das Gehäuseteil aus Metall auch rohrförmig ausgebildet sein und beidseitig jeweils mit einem ein Lagerschild bildenden Deckel ausgerüstet sein, wobei dann zumindest ein Deckel eine Durchtrittsöffnung für den Rotor aufweist.
Bevorzugt ist vorgesehen, dass das innere Gehäuseteil aus Metall besteht und dementsprechend das äußere Gehäuseteil aus Kunststoff.
Das Gehäuseteil aus Kunststoff besteht bevorzugt ebenfalls aus einem Duroplast, in bestimmten Anwendungsfällen kann aber auch ein Thermoplast oder Elastomer verwendet werden.
Die Erfindung ist nachstehend anhand der Zeichnung beispielhaft näher erläutert. Diese zeigt in

1 einen Längsschnitt durch ein Gehäuse für eine elektrische Maschine mit angedeutetem Stator und
2 eine perspektivische Explosionsdarstellung der 1.

Ein Gehäuse für eine elektrische Maschine, insbesondere einen Elektromotor, ist in den Zeichnungen allgemein mit 1 bezeichnet. Von der elektrischen Maschine selbst ist nur ein rohrförmiger Stator angedeutet und mit 2 bezeichnet. Innerhalb des rohrförmigen Stators 2, der z.B. mit Blechpaketen bestückt ist, ist eine nicht dargestellte Rotorwelle der elektrischen Maschine angeordnet.
Das Gehäuse 1 ist zweiteilig ausgebildet und weist ein inneres Gehäuseteil 3 und ein äußeres Gehäuseteil 4 auf, wobei zwischen den beiden Gehäuseteilen 3 und 4 ein Zwischenraum 5 besteht, der in nachfolgend näher beschriebener Weise einen Kühlkanal bildet.
Beim Ausführungsbeispiel besteht das innere Gehäuseteil 3 aus Metall und das äußere Gehäuseteil 4 aus Kunststoff, vorzugsweise aus Duroplast.
Der Zwischenraum 5 zwischen dem inneren Gehäuseteil 3 und dem äußeren Gehäuseteil 4 ist mit einer Kühlkanalstruktur versehen, die beim Ausführungsbeispiel Stege 6 aufweist. Diese Stege 6 können spiralring- oder mäanderförmig ausgebildet sein und dadurch entlang der Länge des Zwischenraumes 5 Kühlkanäle ausbilden, in welche ein Kühlmedium, z.B. Wasser, ein- bzw. ausgeleitet wird, um den Stator 2 von außen zu kühlen.
Erfindungsgemäß ist nun vorgesehen, dass die aus Kunststoff, vorzugsweise aus Duroplast, bestehende Kühlkanalstruktur (Stege 6) an das innere Gehäuseteil 3 aus Metall angespritzt ist. Dadurch ist die Herstellung der Kühlkanalstruktur sehr einfach, denn es ist lediglich erforderlich, das innere Gehäuseteil 3 in die Spritzgussform einzulegen und die Kühlkanalstruktur (Stege 6) an das innere Gehäuseteil 3 aus Metall anzuspritzen.
Das innere Gehäuseteil 3 aus Metall ist vorzugsweise durch Steckdrücken hergestellt und topfförmig ausgebildet, wobei der Topfboden mit 3a bezeichnet ist. Dieser Topfboden 3a weist eine Öffnung 7 für den Durchtritt der Rotorwelle der elektrischen Maschine auf und kann als Lagerschild für die Rotorwelle ausgebildet sein.
Das innere Gehäuseteil 3 aus Metall mit der Kühlkanalstruktur wird bei der Montage einfach auf den Stator 2 aufgeschoben und kann mit diesem verbunden werden (z. B. durch Presssitz oder Schrumpfen).
Das äußere Gehäuseteil 4 aus Kunststoff, vorzugsweise aus Duroplast, kann ebenfalls topfförmig ausgebildet sein, der ringförmige Bereich des Topfbodens ist mit 4a bezeichnet. Das äußere Gehäuseteil 4 wird nach dem Aufstecken des inneren Gehäuseteiles 3 auf den Stator 2 von außen auf die Kühlkanalstruktur (Stege 6) des inneren Gehäuseteils 3 aufgesteckt, und zwar beim dargestellten Ausführungsbeispiel derart, dass der Topfboden 4a am Topfboden 3a anliegt. Dadurch ist das insoweit beschriebene Gehäuse 1 auf der den Topfböden 3a, 4a abgewandten Seite offen und wird nachfolgend bevorzugt mit einem Deckel 8 verschlossen, der ebenfalls aus Kunststoff bestehen kann und geeignet mit dem äußeren Gehäuseteil 4 verbunden wird, wozu das äußere Gehäuseteil 4 einen umlaufenden Bund 9 aufweist. Der Deckel 8 weist innenseitig eine Öffnung 10 zum Durchtritt der Rotorwelle auf und kann ebenfalls als Lagerschild für die Rotorwelle ausgebildet sein.
Natürlich ist die Erfindung nicht auf das dargestellte Ausführungsbeispiel beschränkt. Weitere Ausgestaltungen sind möglich, ohne den Grundgedanken zu verlassen. So kann auch das innere Gehäuseteil 3 aus Kunststoff bestehen und das äußere Gehäuseteil 4 aus Metall. In diesem Fall ist die Kühlkanalstruktur dann an das äußere Gehäuseteil 4 innenseitig angespritzt.
Bezugszeichenliste

1: Gehäuse
2: Stator
3: inneres Gehäuseteil
3a: Topfboden
4: äußeres Gehäuseteil
4a: Topfboden
5: Zwischenraum
6: Steg
7: Öffnung
8: Deckel
9: Bund
10: Öffnung

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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.
Zitierte Patentliteratur

EP 3553922 A1 [0003]

Claims

Gehäuse für eine elektrische Maschine, insbesondere einen Elektromotor, mit einem inneren Gehäuseteil (3) und einem das innere Gehäuseteil (3) umgebenden äußeren Gehäuseteil (4), wobei zwischen den beiden Gehäuseteilen (3,4) ein einen Kühlkanal bildender Zwischenraum (5) besteht, wobei ein Gehäuseteil auf der dem Zwischenraum (5) zugewandten Seite mit einer Kühlkanalstruktur versehen ist und wobei ein Gehäuseteil aus Metall und das andere Gehäuseteil aus Kunststoff besteht, dadurch gekennzeichnet, dass die aus Kunststoff bestehende Kühlkanalstruktur an das Gehäuseteil (3,4) aus Metall angespritzt ist.
Gehäuse nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Kühlkanalstruktur aus einem Duroplast besteht.
Gehäuse nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Kühlkanalstruktur und/oder das Gehäuseteil aus Kunststoff wenigstens bereichsweise aus geschäumtem Kunststoff besteht.
Gehäuse nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass das Gehäuseteil (3,4) aus Metall durch Umformen hergestellt ist.
Gehäuse nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass das Gehäuseteil (3,4) aus Metall topfförmig ausgebildet ist, wobei der Topfboden (3a) ein Lagerschild bildet.
Gehäuse nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass an der dem Topfboden (3a) abgewandten Seite des Gehäuseteils (3,4) aus Metall ein Deckel (8) vorgesehen ist, der ebenfalls ein Lagerschild bildet.
Gehäuse nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass das innere Gehäuseteil (3) aus Metall besteht.
Gehäuse nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass das Gehäuseteil (3,4) aus Kunststoff aus einem Duroplast besteht.