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Die Erfindung betrifft eine elektrische Maschine, wobei ein Gehäuse der elektrischen Maschine zumindest einen Gehäusedeckel aufweist, in welchem wenigstens eine Öffnung ausgebildet ist.
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Bei elektrischen Maschinen, wie beispielsweise Elektromotoren, wird der den Rotor und/oder Stator aufweisende Teil des Maschinengehäuses regelmäßig mittels eines Gehäusedeckels verschlossen. Aus Gewichts- und Kostengründen wird der Gehäusedeckel dabei für gewöhnlich aus dünnen Blechen gefertigt. Im Betrieb der elektrischen Maschine kann der Gehäusedeckel dadurch zu Schwingungen angeregt werden, wobei dieser als schallabgebende Membran wirkt.
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Der durch den Gehäusedeckel der elektrischen Maschine abgegebene Luftschall kann dabei, beispielsweise für die Insassen eines Kraftfahrzeugs mit einer als Antrieb dienenden elektrischen Maschine oder für Passanten, welche ein solches Kraftfahrzeug passiert, als störend empfunden werden.
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Neben der unerwünschten Ausführung des Gehäusedeckels als ein massives Bauteil sind aus dem Stand der Technik bereits Lösungen zur Reduzierung des durch den Gehäusedeckel abgegebenen Luftschalls bekannt.
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So beschreibt die
DE 10 2011 006 893 A1 einen bürstenlosen Elektromotor, dessen Gehäuse einen Mantelabschnitt und zwei den Mantelabschnitt jeweils stirnseitig abschließende Deckelabschnitte aufweist. In diesen Deckelabschnitten sind hierbei primär der Kühlung des Elektromotors dienende Lüftungsschlitze ausgebildet, wobei durch die Ausbildung der Lüftungsschlitze überdies die Abgabe von Luftschall von dem Gehäuse in die Umgebung vermindert werden konnte.
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Auch durch die
DE 10 2010 039 463 A1 wird ein vergleichbarer Ansatz offenbart. Hierbei ist um eine Elektromaschine ein Gehäuse angeordnet, welches einen Gehäusemantel und zwei je stirnseitig angeordnete Deckel aufweist. Jeweils zwischen dem Gehäusemantel sowie den Deckeln und der eigentlichen Elektromaschine ist dabei eine Schalldämpfungseinrichtung angeordnet, wobei diese als ein Poren aufweisendes Gewebe oder anderenfalls ein mikroperforiertes oder geschlitztes Blech ausgeführt sein kann. Dabei ist unter anderem auch vorgesehen, diese in Doppellage anzuordnen.
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Der
DE 10 2018 104 115 A1 ist zudem ein Elektronikkomponenten eines Elektroantriebs umgebendes Gehäuse zu entnehmen. Hierbei weist das Gehäuse zur Minimierung abgegebenen Luftschalls eine Gehäuseseite auf, in welcher eine ringförmige Vertiefung und von dieser ringförmigen Vertiefung ausgehende, weitere Vertiefungen ausgeformt sind. Aufgrund des Tiefziehteilcharakters der Gehäuseseite lassen sich die Vertiefungen in spiegelseitiger Betrachtung auch als Verstärkungsrippen ansehen.
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Nachteilig an elektrischen Maschinen, welche in ihrem Gehäuse Öffnungen aufweisen, ist insbesondere, dass diese aufgrund der Öffnungen nicht in harschen Umgebungen, wie sie z. B. beim Einsatz in Kraftfahrzeugen, insbesondere als Antrieb, auftreten, eingesetzt werden können, da vor allem ein Eindringen von korrosiven Flüssigkeiten, wie Wasser, in das Innere der elektrischen Maschine verhindert werden muss.
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Vor diesem Hintergrund liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, eine elektrische Maschine der eingangs genannten Art derart auszuführen, dass ein Einsatz in harschen Umgebungen ermöglicht wird.
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Diese Aufgabe wird gelöst mit einer elektrischen Maschine gemäß den Merkmalen des Patentanspruchs 1. Die Unteransprüche betreffen besonders zweckmäßige Weiterbildungen der Erfindung.
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Erfindungsgemäß ist also eine elektrische Maschine - insbesondere ein Elektromotor - vorgesehen, wobei ein Gehäuse der elektrischen Maschine zumindest einen Gehäusedeckel aufweist, in welchem wenigstens eine - insbesondere eine schallabstrahlende Fläche des Gehäusedeckels minimierende - Öffnung ausgebildet ist. Ferner ist in jeder - bevorzugt kreisrunder - Öffnung erfindungsgemäß ein die Öffnung flüssigkeitsdicht - oder zumindest flüssigkeitshemmend - verschließendes Verschlusselement angeordnet. Durch das Einbringen der Öffnung oder mehrerer Öffnungen in den Gehäusedeckel lässt sich somit einerseits der über den Gehäusedeckel abgegebene Schall minimieren und dadurch für Insassen eines Kraftfahrzeugs oder für Passanten als störend empfundene Geräusche der beispielsweise als Antrieb des Kraftfahrzeugs verwendeten elektrischen Maschine weitgehend vermeiden. Andererseits lässt sich durch das Verschlusselement oder die Verschlusselemente gewährleisten, dass keine oder eine lediglich minimale Menge an insbesondere korrosiven Flüssigkeiten in das Gehäuseinnere eindringen kann. Dadurch wird auch ein Einsatz der elektrischen Maschine in harschen Umgebungen ermöglicht. Bei einer entsprechenden Ausgestaltung des Verschlusselements, beispielsweise einer Herstellung aus einem Werkstoff mit guten Dämpfungseigenschaften wie einem Elastomer, insbesondere einem Gummi, ließe sich überdies eine weitere Minimierung des über den Gehäusedeckel abgegebenen Schalls erreichen.
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In einer besonders vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung ist das eine jeweilige Öffnung verschließende Verschlusselement ein Lüftungsverschluss, welcher die Öffnung hierbei gasdurchlässig verschließt. Über den gasdurchlässigen, im Speziellen luftdurchlässigen, Lüftungsverschluss kann vorteilhaft ein Gas-, hierbei insbesondere ein Luftaustausch zwischen dem Gehäuseinneren der elektrischen Maschine und der Umgebung der elektrischen Maschine ermöglicht werden. Aufgrund des möglichen Gasaustauschs kann das im Gehäuseinneren vorhandene und über die Drehbewegung des Rotors der elektrischen Maschine schwingungsangeregte Gas, hierbei insbesondere Luft, zwischen der Umgebung der elektrischen Maschine und dem Gehäuseinneren quasi frei übertreten, wodurch die Schwingungsanregung des Gehäusedeckels minimiert wird. Dies führt wiederum zur Verringerung des über den Gehäusedeckel abgegebenen Schalls.
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Eine Ausführungsform der Erfindung ist ferner dann als gewinnbringend anzusehen, wenn das eine jeweilige Öffnung verschließende Verschlusselement ein Stopfen ist, welcher die Öffnung zudem - im Wesentlichen - gasdicht verschließt. Hierbei kann gerade über ein als Stopfen ausgeführtes Verschlusselement, wobei der Stopfen insbesondere aus einem Elastomer gefertigt sein sollte, eine Verringerung des über den Gehäusedeckel abgegebenen Schalls erzielt werden. Die guten Dämpfungseigenschaften eines insbesondere aus einem Elastomer gefertigten Stopfens dämpfen hierbei die durch den Gehäusedeckel ausgeführten Schwingungen und verringern dadurch zusätzlich den über den Gehäusedeckel abgegebenen Schall.
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Günstig stellt es sich zudem dar, wenn in dem Gehäusedeckel mehr als eine Öffnung ausgebildet ist. Durch die Ausbildung mehr als einer Öffnung in dem Gehäusedeckel kann die schallabstrahlende Fläche des Gehäusedeckels gegenüber der Ausbildung lediglich einer Öffnung weiter verringert werden, wobei insbesondere der Durchmesser und die Position der Öffnungen in Abhängigkeit der Ausgestaltung des Gehäusedeckels anpassbar sind. Dies ist insbesondere gegenüber der lediglichen Erhöhung des Durchmessers genau einer Öffnung in den Gehäusedeckel als gewinnbringend anzusehen.
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Darüber hinaus ist eine überaus vielversprechende Ausgestaltung der Erfindung dadurch gekennzeichnet, dass zumindest eins der in einer jeweiligen der Öffnungen angeordneten Verschlusselemente ein Stopfen und zumindest eins der Verschlusselemente ein Lüftungsverschluss ist. Durch die Kombination von Stopfen und Lüftungsverschlüssen als in den Öffnungen angeordnete Verschlusselemente ließe sich einerseits über zwei unterschiedliche Wirkungsweisen die Schallabstrahlung über den Gehäusedeckel verringern und zudem eine kostengünstige Gestaltung der elektrischen Maschine gewährleisten, da insbesondere Lüftungsverschlüsse gegenüber Stopfen eine kostenintensivere Lösung darstellen.
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Eine Erfolg versprechende Ausbildung der Erfindung liegt zudem darin begründet, dass der Lüftungsverschluss eine gasdurchlässige, jedoch flüssigkeitsdichte - insbesondere wasserdichte - Membran aufweist. Über eine solche Membran kann vorteilhaft ein Gasaustausch zwischen dem Gehäuseinneren und der Umgebung der elektrischen Maschine ermöglicht und dadurch eine Minimierung des über den Gehäusedeckel abgegebenen Schalls erreicht werden, wohingegen Flüssigkeiten nicht in das Gehäuseinnere gelangen und dort den Rotor und/oder Stator der elektrischen Maschine beschädigen können.
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In einer weiteren überaus vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung ist über zumindest eine der veränderbaren Größen Anzahl, Durchmesser und Position der Öffnungen zumindest eine Eigenfrequenz des Gehäusedeckels angepasst. Hierbei ist beispielsweise bei der Positionierung einer Öffnung nahe des mit dem restlichen Gehäuse verbundenen Randbereichs des Gehäusedeckels ein geringerer Dämpfungseffekt des abgegebenen Schalls zu erwarten, als bei einer im Wesentlichen mittigen Positionierung einer Öffnung. Bei einer Erhöhung der Anzahl und/oder des Durchmessers der Öffnungen ist zudem eine Reduzierung der Schallabstrahlung über den Gehäusedeckel zu erwarten.
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Als praxisgerecht ist es anzusehen, dass die Eigenfrequenz des Gehäusedeckels hierbei verringert ist. Durch eine Verringerung der Eigenfrequenz, hierbei insbesondere der ersten Eigenfrequenz, des Gehäusedeckels wird auch die Frequenz des über den Gehäusedeckels abgegebenen Schalls verringert. Dies ist dahingehend von Vorteil, dass niederfrequenter Schall in der Regel für Insassen eines Kraftfahrzeugs oder Passanten als angenehmer empfunden wird als hochfrequenter Schall. Denkbar ist dabei, dass gerade ein möglicher Gasaustausch zwischen dem Gehäuseinneren und der Umgebung der elektrischen Maschine zur Verringerung der Eigenfrequenz vorteilhaft ist, da im Gehäuse eingeschlossenes Gas, insbesondere Luft, bei einer Schwingung des Gehäusedeckels nicht weiterhin komprimiert und/oder expandiert wird und dabei federelastisch auf den Gehäusedeckel wirkt.
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In einer Ausgestaltung der Erfindung verschließt der Gehäusedeckel ferner ein einen Rotor und/oder einen Stator der elektrischen Maschine aufweisendes Gehäuseinneres, wodurch dieser dem Anregungsort der auf den Gehäusedeckel übertragenen Schwingungen im Wesentlichen geringst beabstandet ist. Dadurch ist in dieser Ausgestaltung der elektrischen Maschine die Reduzierung des über den Gehäusedeckel abgegebenen Schalls mit den genannten Verschlusselementen effektiv möglich.
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In zweckmäßiger Ausführungsform ist der Gehäusedeckel überdies ein Lagerschilddeckel. Somit wäre vorgesehen, dass der Gehäusedeckel unmittelbar an das den Rotor und/oder Stator der elektrischen Maschine aufweisende Gehäuseinnere angrenzt, wobei der als Lagerschilddeckel ausgebildete Gehäusedeckel ein Lagerschild, welches eine Seite des Rotors lagernd aufnimmt, abdeckt.
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Die Erfindung lässt zahlreiche Ausführungsformen zu. Zur weiteren Verdeutlichung ihres Grundprinzips ist eine davon in den Zeichnungen dargestellt und wird nachfolgend beschrieben. Diese zeigt in
- 1 eine Weiterbildung einer erfindungsgemäßen elektrische Maschine;
- 2 eine Weiterbildung eines Gehäusedeckels.
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1 zeigt eine Weiterbildung einer erfindungsgemäßen elektrische Maschine 1 in teilweiser Exlosivdarstellung, wobei die elektrische Maschine als Elektromotor ausgeführt ist. Hierbei weist das Gehäuse 2 der elektrischen Maschine 1 einen als Lagerschilddeckel ausgebildeten Gehäusedeckel 3 auf, in welchem mehrere, im Speziellen fünf, Öffnungen 4 ausgebildet sind. Die Öffnungen 4 minimieren hierbei die schallabstrahlende Fläche des Gehäusedeckels 3. Die Schallabstrahlung über den Gehäusedeckel 3 wird dabei durch Schwingungsanregung aufgrund der Drehbewegung des im Gehäuseinneren angeordneten Rotors der elektrischen Maschine 1 bedingt. Um jedoch ein Eindringen von Flüssigkeiten, wie beispielsweise Wasser, über die Öffnungen 4 in das Gehäuseinnere zu vermeiden, ist in jeder Öffnung 4 ein die Öffnung 4 flüssigkeitsdicht verschließendes Verschlusselement 5 angeordnet. Die Verschlusselemente 5 sind hierbei einerseits als Lüftungsverschlüsse 6 ausgeführt, wobei diese die Öffnungen 4 gasdurchlässig verschließen, um einen beidseitigen Gasaustausch, im Speziellen einen Luftaustausch, zwischen der Umgebung der elektrischen Maschine 1 und dem Gehäuseinneren der elektrischen Maschine 1 zu ermöglichen. Hierfür weist jede der in dieser Weiterbildung angeordneten zwei Lüftungsverschlüsse 6 die gasdurchlässige, jedoch flüssigkeitsdichte, dabei im Speziellen wasserdichte, Membran 8 auf. Andererseits ist, insbesondere aus Kostengründen, neben den Lüftungsverschlüssen 6 in drei Öffnungen 4 jeweils ein als Stopfen 7 ausgeführtes Verschlusselement 5 angeordnet, wobei der jeweilige Stopfen 7 die zugehörige Öffnung 4 flüssigkeitsdicht und zudem gasdicht verschließt. Die Stopfen 7 sind dabei aus einem dämpfenden Material gefertigt, sodass diese neben der abdichtenden Funktion auch eine Dämpfungswirkung auf den Gehäusedeckel 3 ausüben und somit die durch den Gehäusedeckel 3 verursachte Schallabstrahlung weiter minimiert wird. Neben der Amplitude ist ferner auch die Frequenz des abgegebenen Schalls beeinflussbar. Diese entspricht dabei im Wesentlichen den Eigenfrequenzen oder zumindest der ersten Eigenfrequenz des Gehäusedeckels 3. Hierbei lässt sich zumindest die erste Eigenfrequenz des Gehäusedeckels über die Anzahl, den Durchmesser und/oder die Position der Öffnungen 4 anpassen.
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Der 2 ist zudem eine Weiterbildung eines Gehäusedeckels 3 zu entnehmen, wobei der Gehäusedeckel 3 fünf Öffnungen 4 aufweist. Hierbei ist in jeder der Öffnungen 4 ein als Lüftungsverschluss 6 ausgeführtes Verschlusselement 5 die jeweilige Öffnung 4 verschließend angeordnet.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- elektrische Maschine
- 2
- Gehäuse
- 3
- Gehäusedeckel
- 4
- Öffnung
- 5
- Verschlusselement
- 6
- Lüftungsverschluss
- 7
- Stopfen
- 8
- Membran
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 102011006893 A1 [0005]
- DE 102010039463 A1 [0006]
- DE 102018104115 A1 [0007]
