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Die Erfindung betrifft eine elektrische Maschine mit einem Rotor und einem diesen konzentrisch umgebenden Stator, wobei der Stator eine mantelförmige Außenfläche aufweist, welcher von einem Gehäuse mit einer Kühlkanalstruktur umgeben ist
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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.
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Neben der Notwendigkeit der Kühlung des Stators muss auch die elektromagnetischen Verträglichkeit gewährleistet sein. Dabei wird der sogenannte EMV-Schutz meistens durch ein Gehäuseteil aus Metall gewährleistet. Eine solche elektrische Maschine ist aus
DE 10 2016 217 361 A1 bekannt. Diese weist ein mantelförmiges Gehäuseinnenteil aus Metall, das den Stator umgibt, und ein dieses umgebendes Gehäuseaußenteil aus Kunststoff auf, welches innenseitig mit einer Kühlkanalstruktur versehen ist. Da ein Gehäuseteil aus Metall besteht, ist das Gehäuse insgesamt jedoch relativ schwer.
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Aus
DE 10 2012 205 754 A1 ist eine ähnliche elektrische Maschine mit einem Gehäuse mit Kühlraum, aber ohne Kühlkanalstruktur bekannt, wobei zur Verbesserung des EMV-Schutzes EMV-Folien vorgesehen sein können, die in das Gehäuseaußenteil aus Kunststoff eingespritzt oder eingelegt werden. Auch dieses Gehäuse weist jedoch ein Gehäuseteil aus Metall auf, so dass das Gehäuse ebenfalls relativ schwer ist.
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Aufgabe der Erfindung ist es, bei einer elektrischen Maschine bei Gewährleistung der Kühlfunktion für den Stator das Gewicht des Gehäuses zu reduzieren.
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Diese Aufgabe wird bei einer elektrischen Maschine der eingangs bezeichneten Art erfindungsgemäß dadurch gelöst, dass die aus Kunststoff bestehende Kühlkanalstruktur auf die mantelförmige Außenfläche des Stators aufgespritzt ist, wobei in die Kühlkanalstruktur wenigstens eine elektrisch leitfähige Folie oder Beschichtung integriert ist, wobei der Stator mit der Kühlkanalstruktur außenseitig von einem Gehäuseaußenteil aus Kunststoff umgeben ist.
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Erfindungsgemäß wird somit eine elektrische Maschine zur Verfügung gestellt, bei der das Gehäuse nicht aus Metallteilen, sondern prinzipiell nur aus Kunststoff besteht, so dass das Gewicht des Gehäuses und damit des Motors insgesamt reduziert werden kann. Dabei wird die Kühlkanalstruktur direkt auf die mantelförmige Außenfläche des Stators aufgespritzt und in die Kühlkanalstruktur wenigstens eine elektrisch leitfähige Folie oder Beschichtung integriert. Diese Folie oder Beschichtung kann sowohl innenseitig als auch außenseitig an der Kühlkanalstruktur angeordnet sein. Auf den Stator mit angespritzter Kühlkanalstruktur wird anschließend das Gehäuseaußenteil aus Kunststoff aufgeschoben. Die Kühlkanalstruktur kann z.B. spiralring- oder mäanderförmig ausgebildet sein oder axial verlaufende Stege aufweisen. Sie kann auch aus voneinander getrennten Kammern bestehen. Die mantelförmige Außenfläche des Stators kann ein geschlossener Mantel sein oder eine Art Mantel mit nutförmigen Unterbrechungen zwischen den Blechpaketen.
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Besonders bevorzugt ist dabei vorgesehen, dass die Kühlkanalstruktur und/oder das Gehäuseaußenteil aus einem Duroplast bestehen. Je nach Anwendungsfall können aber Thermoplaste oder Elastomere eingesetzt werden.
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Es kann vorgesehen sein, dass die Kühlkanalstruktur und/oder das Gehäuseaußenteil wenigstens bereichsweise aus geschäumtem Kunststoff besteht. Das oder die Bauteile dient bzw. dienen dann gleichzeitig zur Schallabsorption.
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In bevorzugter Ausgestaltung ist vorgesehen, dass die Kühlkanalstruktur in Längsrichtung des Stators gesehen an beiden Enden jeweils in einen rohrförmigen Bereich übergeht, welcher den Stator jeweils vollflächig umgibt. Diese rohrförmigen Bereiche begrenzen somit in Längsrichtung die Kühlkanalstruktur und dienen gleichzeitig als dichte Anlagefläche für das Gehäuseaußenteil.
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Dabei ist weiter bevorzugt vorgesehen, dass ein rohrförmiger Bereich einstückig in einen stirnseitig am Stator anliegenden scheibenförmigen Bereich übergeht, wobei der scheibenförmige Bereich ein Lagerschild für die innerhalb des Stators angeordnete Rotorwelle bildet. Der scheibenförmige Bereich kann geschlossen sein oder eine Durchtrittsöffnung für den Rotor aufweisen.
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Ferner ist bevorzugt vorgesehen, dass das Gehäuseaußenteil topfförmig mit einem wenigstens bereichsweise am scheibenförmigen Bereich anliegenden Topfboden ausgebildet ist. Dieser Topfboden kann eine Durchtrittsöffnung aufweisen oder geschlossen sein.
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Schließlich ist bevorzugt an der dem Topfboden abgewandten Seite des Gehäuseaußenteils ein Deckel vorgesehen, der ebenfalls ein Lagerschild für die Rotorwelle bildet. Der Deckel kann geschlossen sein oder eine Durchtrittsöffnung für den Rotor aufweisen. Dadurch steht ein geschlossenes Gehäuse für die elektrische Maschine zur Verfügung. Alternativ kann auch das Gehäuseaußenteil rohrförmig sein und beidseitig jeweils mit einem ein Lagerschild bildenden Deckel ausgerüstet sein, wobei dann zumindest ein Deckel eine Durchtrittsöffnung für den Rotor aufweist. In den oder die Deckel ist bevorzugt wenigstens eine elektrisch leitfähige Folie oder Beschichtung integriert.
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Die Erfindung ist nachstehend anhand der Zeichnung beispielhaft näher erläutert. Diese zeigt in
- 1 einen Längsschnitt durch eine vereinfacht wiedergegebene elektrische Maschine und
- 2 eine perspektivische Explosionsdarstellung der 1.
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Von einer elektrischen Maschine, insbesondere einem Elektromotor, ist nur ein rohrförmiger Stator 1 und ein diesen umgebendes Gehäuse dargestellt. Innerhalb des rohrförmigen Stators 1, der z.B. mit Blechpaketen bestückt ist, ist eine nicht dargestellte Rotorwelle der elektrischen Maschine angeordnet.
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Der Stator 1 weist eine zylindrische mantelförmige Außenfläche 2 auf, auf den eine Kühlkanalstruktur aus Kunststoff, vorzugsweise aus Duroplast, aufgespritzt ist. Diese Kühlkanalstruktur weist beim Ausführungsbeispiel Stege 3 auf, die z.B. spiralring- oder mäanderförmig ausgebildet sind und dadurch Kühlkanäle 4 begrenzen, durch welche ein Kühlmedium, z.B. Wasser, ein- bzw. ausgeleitet wird, um den Stator 1 von außen zu kühlen.
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Zum Anspritzen der Kühlkanalstruktur wird somit die mantelförmige Außenfläche 2 des Stators 1, der in eine Spritzgussform eingelegt wird, mit Kunststoff umspritzt.
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Dabei wird in die Kühlkanalstruktur wenigstens eine elektrische leitfähige Folie 5 oder elektrisch leitfähige Beschichtung integriert, die als EMV-Schutz dient. Beim Ausführungsbeispiel ist die elektrisch leitfähige Folie 5 außenseitig angeordnet und umschließt mantelförmig die Kühlkanalstruktur. Alternativ kann sie auch innenseitig angeordnet sein oder die Kühlkanalstruktur kann von außen bzw. von innen mit einer elektrisch leitfähigen Beschichtung versehen werden.
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Bevorzugt geht die Kühlkanalstruktur in Längsrichtung des Stators 1 gesehen an beiden Enden jeweils in einen rohrförmigen Bereich 6, 7 über, welcher den Stator 1 jeweils vollflächig umgibt. Ein rohrförmiger Bereich, beim Ausführungsbeispiel der rohrförmige Bereich 6, geht einstückig in einen stirnseitig am Stator 1 anliegenden scheibenförmigen Bereich 8 über, wobei der scheibenförmige Bereich 8 zentral eine Durchtrittsöffnung 9 aufweist und ein Lagerschild für die nicht dargestellte Rotorwelle bildet. Die Durchtrittsöffnung 9 kann auch entfallen. Die elektrisch leitfähige Folie 5 erstreckt sich wenigstens über die gesamte Länge des Stators 1, d.h. beim Ausführungsbeispiel auch außenseitig über die rohrförmigen Bereiche, 6, 7, ggf. auch noch in den scheibenförmigen Bereich 8.
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Der Stator 1 mit der Kühlkanalstruktur ist außenseitig von einem Gehäuseaußenteil 10 aus Kunststoff umgeben, vorzugsweise besteht dieses ebenfalls aus einem Duroplast. Dieses Gehäuseaußenteil 10 ist beim Ausführungsbeispiel topfförmig mit einem bereichsweise am scheibenförmigen Bereich 8 anliegenden Topfboden 11 ausgebildet. Der Topfboden 11 weist beim Ausführungsbeispiel eine zentrale Öffnung 12 auf, kann aber auch geschlossen sein. Bei der Montage wird das Gehäuseaußenteil 10 einfach auf den Stator 1 mit angespritzter Kühlkanalstruktur aufgeschoben, vorzugsweise mit einer leichten Presspassung, die gewährleistet, dass die Kühlkanäle 4 nach außen dicht verschlossen sind. Dabei ist im Gehäuseaußenteil 10 wenigstens eine Einlassöffnung und wenigstens eine Auslassöffnung für das Kühlmittel vorgesehen, die nicht dargestellt sind.
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Das insoweit beschriebene, von der Kühlkanalstruktur und dem Gehäuseaußenteil 10 gebildete Gehäuse der elektrischen Maschine ist auf der dem scheibenförmigen Bereich 8 bzw. dem Topfboden 11 abgewandten Seite noch offen und wird nachfolgend bevorzugt mit einem Deckel 13 verschlossen, der ebenfalls aus Kunststoff besteht und geeignet mit dem Gehäuseaußenteil verbunden wird, wozu das Gehäuseaußenteil 10 einen umlaufenden Bund 14 aufweist. Der Deckel 13 weist innenseitig eine Öffnung 15 zum Durchtritt der Rotorwelle auf und kann ebenfalls als Lagerschild für die Rotorwelle ausgebildet sein. In den Deckel 13 ist ebenfalls eine elektrisch leitfähige Folie oder Beschichtung integriert.
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Natürlich ist die Erfindung nicht auf das dargestellte Ausführungsbeispiel beschränkt. Weitere Ausgestaltungen sind möglich, ohne den Grundgedanken zu verlassen. So kann das Gehäuseaußenteil 10 auch rohrförmig ausgebildet sein, wobei dann an beiden Längsenden jeweils ein Deckel 13 mit integrierter elektrisch leitfähiger Folie oder Beschichtung vorgesehen ist.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Stator
- 2
- mantelförmige Außenfläche
- 3
- Stege
- 4
- Kühlkanäle
- 5
- elektrisch leitfähige Folie
- 6
- rohrförmiger Bereich
- 7
- rohrförmiger Bereich
- 8
- scheibenförmiger Bereich
- 9
- Durchtrittsöffnung
- 10
- Gehäuseaußenteil
- 11
- Topfboden
- 12
- zentrale Öffnung
- 13
- Deckel
- 14
- Bund
- 15
- Öffnung
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 102016217361 A1 [0003]
- DE 102012205754 A1 [0004]
