DE102021212109A1

DE102021212109A1 - Verfahren zur Herstellung eines Spaltrohrs für eine elektrische Maschine

Info

Publication number: DE102021212109A1
Application number: DE102021212109.8A
Authority: DE
Inventors: Konrad Buettner; Ignacio Lobo Casanova; Gerlad Viernekes; Reinhard Deppert; Filipp Koleyko; Lukas Zartmann; Tobias Micklitz
Original assignee: ZF Friedrichshafen AG
Current assignee: ZF Friedrichshafen AG
Priority date: 2021-10-27
Filing date: 2021-10-27
Publication date: 2023-04-27
Also published as: WO2023073038A1

Abstract

Verfahren zur Herstellung eines Spaltrohrs (5) für eine elektrische Maschine (1), insbesondere eine elektrische Maschine (1) für ein Kraftfahrzeug, wobei das Spaltrohr (5) einen, insbesondere zylindrischen, Spaltrohrgrundkörper (7) aufweist, wobei an dem Spaltrohrgrundkörper (7) wenigstens ein Dichtungsabschnitt (8) ausgebildet wird, der eine Dichtfläche (9) für einen Statorgrundkörper (2) eines Stators einer elektrischen Maschine (1) bildet.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung eines Spaltrohrs für eine elektrische Maschine, insbesondere eine elektrische Maschine für ein Kraftfahrzeug, wobei das Spaltrohr einen, insbesondere zylindrischen, Spaltrohrgrundkörper aufweist.
Verfahren zur Herstellung von Spaltrohren für elektrische Maschinen, beispielsweise elektrischen Maschinen für Kraftfahrzeuge, sind grundsätzlich aus dem Stand der Technik bekannt. Derartige Spaltrohre werden in der elektrischen Maschine innerhalb des Statorgrundkörpers angeordnet, um einen Rotorraum von einem Statorraum abzutrennen. Beispielsweise kann dadurch der Rotorraum gegenüber dem Statorraum abgedichtet werden, insbesondere kann dadurch Kühlmittel, das innerhalb des Statorraums geführt wird, in dem Statorraum gehalten werden und verhindert werden, dass dieses in den Rotorraum eindringen kann. Das Spaltrohr wird hierzu insbesondere an dem Innenumfang des Statorgrundkörpers angeordnet bzw. in die Öffnung des Stators eingebracht, zum Beispiel eingepresst.
Je nachdem, wie das Kühlmittel in der elektrischen Maschine geführt werden soll, ist ein entsprechendes Dichtungskonzept erforderlich, das verhindert, dass das Kühlmittel in Bereiche gelangt, in denen das Kühlmittel nicht gewünscht ist. Insbesondere wird üblicherweise verhindert, das Kühlmittel an dem Spaltrohr vorbei fließen kann, zum Beispiel in einen Zwischenraum zwischen dem Statorgrundkörper und dem Spaltrohr gelangen kann. Hierzu sind üblicherweise weitere Prozessschritte erforderlich, um eine Dichtung einzubringen bzw. diese in der elektrischen Maschine oder an dem Spaltrohr zu fixieren.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde ein demgegenüber verbessertes Verfahren zur Herstellung eines Spaltrohrs für eine elektrische Maschine anzugeben.
Die Aufgabe wird durch ein Verfahren mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen sind Gegenstand der Unteransprüche.
Wie beschrieben, betrifft die Erfindung ein Verfahren zur Herstellung eines Spaltrohrs für eine elektrische Maschine, insbesondere eine elektrische Maschine für ein Kraftfahrzeug. Das Spaltrohr weist einen, insbesondere zylindrischen, Spaltrohrgrundkörper auf. Der Spaltrohrgrundkörper kann in die Öffnung des Stators bzw. des Statorgrundkörpers der elektrischen Maschine eingebracht werden. Zum Beispiel kann der Spaltrohrgrundkörper in den Statorgrundkörper eingepresst werden. Die Erfindung beruht auf der Erkenntnis, dass an dem Spaltrohrgrundkörper wenigstens ein Dichtungsabschnitt ausgebildet wird, der eine Dichtfläche für einen Statorgrundkörper eines Stators einer elektrischen Maschine bildet.
Mit anderen Worten schlägt die Erfindung vor, dass der Dichtungsabschnitt an dem Spaltrohrgrundkörper ausgebildet wird und so eine Dichtfläche bereitstellen kann. Die Dichtfläche kann beispielsweise mit einer Stirnfläche des Statorgrundkörpers in Anlage gebracht werden, um so eine Dichtwirkung zu erzielen, die verhindern kann, dass Kühlmittel zwischen den Statorgrundkörper und das Spaltrohr gelangt. Anstelle eines separaten Dichtelements bzw. einer separaten Dichtung wird der Dichtungsabschnitt an dem Spaltrohrgrundkörper selbst ausgebildet. Dadurch ist es nicht erforderlich, einen weiteren Prozessschritt vorzunehmen, in dem ein Dichtelement eingebracht und an dem Spaltrohr fixiert wird. Kräfte, die durch das Kühlmittel auf den Dichtungsabschnitt übertragen werden, können somit direkt in die Struktur des Spaltrohrgrundkörpers eingeleitet werden.
Der beschriebene Spaltrohrgrundkörper kann beispielsweise aus einem Fasergrundkörper gebildet sein, der in einem Injektionsprozess mit einer Matrix verbunden wird, beispielsweise kann ein Harz injiziert werden bzw. der Fasergrundkörper mit einem Harz imprägniert werden, um den Spaltrohrgrundkörper zu bilden. Als Matrix können letztlich beliebige Werkstoffe verwendet werden, insbesondere bieten sich Thermoplaste oder Duroplaste an. Der beschriebene Dichtungsabschnitt kann hierbei bevorzugt in dem gleichen Prozessschritt ausgebildet werden, in dem der Spaltrohrgrundkörper gebildet wird. Zum Beispiel kann der Dichtungsabschnitt an dem Spaltrohrgrundkörper, beispielsweise radial an diesen angeschlossen, in demselben Prozessschritt ausgebildet werden. Der Dichtungsabschnitt kann zum Beispiel radial gegenüber dem Statorgrundkörper vorspringen. Ist der Statorgrundkörper zylindrisch, insbesondere mit kreisförmigen Stirnflächen, ausgebildet, bildet der Dichtungsabschnitt bevorzugt einen ringförmigen Flansch. Dadurch wird eine mit ihrer Flächennormalen in Axialrichtung ausgerichtete Dichtfläche bereitgestellt, die in Anlage mit dem Statorgrundkörper gebracht werden kann, um den Zwischenraum zwischen dem Statorgrundkörper und dem Spaltrohr abzudichten.
Nach einer Ausgestaltung des Verfahrens kann der wenigstens eine Dichtungsabschnitt zumindest teilweise einteilig mit dem Spaltrohrgrundkörper ausgebildet werden, insbesondere kann wenigstens ein Bereich des Dichtungsabschnitts aus derselben Matrix ausgebildet werden. Nach dieser Ausgestaltung kann, wie zuvor beschrieben, eine Ausbildung des Dichtungsabschnitts bzw. wenigstens eines Teils des Dichtungsabschnitts letztlich in demselben Prozess vorgenommen werden, in dem der Spaltrohrgrundkörper hergestellt wird. Beispielsweise kann der wenigstens eine Bereich des Dichtungsabschnitts aus demselben Material hergestellt werden, das als Matrixmaterial für den Spaltrohrgrundkörper verwendet wird. Zum Beispiel kann der Dichtungsabschnitt ganz oder teilweise aus „Reinharz“ ausgebildet werden, das bedeutet, dass der wenigstens eine Bereich des Dichtungsabschnitts aus dem Matrixmaterial hergestellt wird, das zum Injizieren bzw. Imprägnieren des Fasermaterials des Fasergrundkörpers des Spaltrohrgrundkörpers verwendet wird.
Da in diesem Fall der Dichtungsabschnitt keine Fasermaterialien enthält, sondern nur der Spaltrohrgrundkörper einen Fasergrundkörper enthält, der mit dem Matrixmaterial getränkt ist, liegt das Matrixmaterial im Bereich des Dichtungsabschnitts rein vor. Alternativ kann der Dichtungsabschnitt ebenfalls mit einem Grundmaterial gefüllt sein, beispielsweise einem Einlegeteil oder einer Ausformung des Spaltrohrgrundkörpers. Durch die einteilige Ausführung des Dichtungsabschnitts können weitere Prozesse für die Befestigung eines Dichtelements an dem Spaltrohrgrundkörper entfallen. Stattdessen bildet der Dichtungsabschnitt eine einteilige Verbindung mit dem Spaltrohrgrundkörper aus, da dieser beispielsweise im selben Prozess, insbesondere ein Resin-Transfer-Molding, hergestellt wird. Der wenigstens eine Bereich des Dichtungsabschnitts kann dabei radial außerhalb des Spaltrohrgrundkörpers liegen, insbesondere eine geschlossene Ringform ausbilden.
Der wenigstens eine Dichtungsabschnitt kann in Umfangsrichtung konstant umlaufend oder unterbrochen ausgebildet werden. Der Dichtungsabschnitt kann hierbei vollständig unterbrochen werden oder verschiedene Umfangsbereiche aufweisen, die unterschiedliche Ausdehnungen in radialer Richtung besitzen. Mit anderen Worten kann der Dichtungsabschnitt entweder mit konstanter Dicke ausgeführt werden, sodass sich seine radiale Ausdehnung in Umfangsrichtung nicht verändert oder der Dichtungsabschnitt kann verschiedene Umfangsbereiche aufweisen, sodass sich in Umfangsrichtung betrachtet die radiale Ausdehnung des Dichtungsabschnitts mit der Umfangsposition verändern kann. Hierdurch kann beispielsweise eine Unterbrechung bzw. Veränderung der Dicke des Dichtungsabschnitts bewirkt werden, um Freistellungen für die Statornuten auszubilden. Alternativ ist es beispielsweise möglich, den Dichtungsabschnitt ununterbrochen in Umfangsrichtung umlaufend auszubilden, beispielsweise in einem Bereich radial innerhalb der Statornuten. Bevorzugt wird das gemäß des beschriebenen Verfahren hergestellte Spaltrohr in einen Statorgrundkörper mit in Radialrichtung geschlossenen Statornuten eingebracht.
Wie beschrieben, kann der Dichtungsabschnitt bevorzugt einteilig und in demselben Prozessschritt ausgebildet werden, in dem der Spaltrohrgrundkörper hergestellt wird bzw. in dem der Fasergrundkörper des Spaltrohrgrundkörpers mit der entsprechenden Matrix getränkt wird. Hierzu kann das Spaltrohr in einem Werkzeug hergestellt werden, das wenigstens eine Kavität aufweist, in der wenigstens eine Dichtungsabschnitt ausgebildet wird. Das Werkzeug weist somit bevorzugt wenigstens eine Kavität auf, die die Form des Dichtungsabschnitts vorgibt. Der Spaltrohrgrundkörper, insbesondere der Fasergrundkörper, wird somit in das Werkzeug eingebracht, in das das Matrixmaterial injiziert werden kann. Hierbei bildet die Kavität den Bereich aus, in dem der wenigstens eine Dichtungsabschnitt ausgebildet werden soll. Die Kavität liegt insbesondere in einem Bereich, in dem das Fasermaterial des Fasergrundkörpers nicht eingreift, sodass der Dichtungsabschnitt durch Aushärten des Matrixmaterials gebildet wird, insbesondere aus „Reinharz“. Das Fasermaterial des Fasergrundkörpers kann hierzu auf einen Kern aufgezogen werden und in das Werkzeug eingelegt werden. Das Matrixmaterial kann somit sowohl den Spaltohrgrundkörper durch Tränken des Fasergrundkörpers als auch den Dichtungsabschnitt ausbilden.
An dem wenigstens einen Dichtungsabschnitt kann ferner eine, insbesondere in Axialrichtung geöffnete, Aufnahme für ein Dichtelement ausgebildet werden. Als Dichtelement kann beispielsweise ein O-Ring verwendet werden, der in die Aufnahme für das Dichtelement eingebracht werden kann. Die Aufnahme kann beispielsweise eine in Umfangsrichtung umlaufende Eintiefung sein, die in Axialrichtung geöffnet ist, beispielsweise mit halbkreisförmiger Querschnittsgeometrie. Die Aufnahme kann zum Beispiel durch ein Schieberelement in dem Werkzeug realisiert werden. Das Dichtelement kann an dem fertigen Spaltrohr eine Verbesserung der Dichtungseigenschaften an der Dichtfläche bewirken, die von dem Dichtungsabschnitt bereitgestellt wird. Wie beschrieben legt die Dichtfläche, die von dem Dichtungsabschnitt bereitgestellt wird, insbesondere an einer Stirnfläche des Statorgrundkörpers an. Das Dichtelement zwischen der Stirnfläche des Statorgrundkörpers und der Dichtfläche des Dichtungsabschnitts bewirkt somit eine Verbesserung der Dichtwirkung, da die Dichtfläche letztlich gegen die Stirnfläche des Statorgrundkörpers vorgespannt werden kann, wobei sich das Dichtelement entsprechend verformen kann.
Der wenigstens eine Dichtungsabschnitt kann ferner derart hergestellt werden, dass der wenigstens eine Dichtungsabschnitt wenigstens einen Abstützbereich und wenigstens einen Dichtbereich aufweist, wobei der Dichtbereich in Axialrichtung an dem Abstützbereich abgestützt ist und der Dichtbereich die Dichtfläche bereitstellt bzw. diese bildet. Die vorausgehende Beschreibung betreffend den wenigstens einen Dichtungsabschnitt kann somit insbesondere den Abstützbereich des wenigstens einen Dichtungsabschnitts betreffen. Der Abstützbereich kann hierbei im selben Prozess und aus demselben Material hergestellt werden, das beispielsweise als Matrixmaterial für den Spaltrohrgrundkörper verwendet wird. Die Aufteilung des Dichtungsabschnitts in den Abstützbereich und den Dichtbereich kann somit rein systematischer bzw. funktionaler Natur sein, derart, dass der Dichtungsabschnitt beispielsweise einteilig aus demselben Material besteht, wobei ein Bereich des Dichtungsabschnitts, nämlich der Abstützbereich, die Abstützung und ein weiterer Bereich des Dichtungsabschnitts, nämlich der Dichtbereich, die Dichtwirkung übernimmt. Ebenso können Abstützbereich und Dichtbereich aus unterschiedlichen Materialien hergestellt werden, insbesondere in unterschiedlichen Prozessschritten.
Hierbei kann insbesondere vorgesehen sein, dass der Abstützbereich des Dichtungsabschnitts, wie zuvor beschrieben, in demselben Herstellungsprozess ausgebildet wird wie der Spaltrohrgrundkörper. Hierbei kann der Abstützbereich aus demselben Matrixmaterial gebildet werden wie der Spaltrohrgrundkörper bzw. welches Matrixmaterial für das Injizieren des Fasergrundkörpers des Spaltrohrgrundkörpers verwendet wird. Der Dichtbereich kann, beispielsweise nachträglich, an dem Abstützbereich angebracht werden. Beispielsweise kann der Dichtbereich ein anderes Matrixmaterial umfassen. Zum Beispiel kann der Abstützbereich einteilig mit dem Spaltrohrgrundkörper vergossen werden und anschließend der Dichtbereich durch Einbringen eines weiteren Matrixmaterials an dem Spaltrohrgrundkörper bzw. dem Abstützbereich angeordnet werden.
Ebenso ist es möglich, eine Ausgleichsschicht als Dichtbereich zu verwenden. Die Ausgleichsschicht kann ein Ausgleichsmaterial und/oder einen Klebstoff aufweisen. Bei Verwendung eines Klebstoffs kann der Spaltrohrgrundkörper zusammen mit dem Dichtungsabschnitt direkt mit dem Statorgrundkörper verklebt werden. Weiterhin können Ausgleichsstoffe verwendet werden, die beispielsweise unterschiedliche thermische Ausdehnungen zwischen dem Statorgrundkörper und dem Spaltrohrgrundkörper bzw. dem Dichtungsabschnitt des Spaltrohrgrundkörpers ausgleichen können. Mit anderen Worten können der Dichtbereich und der Abstützbereich aus demselben Material oder aus unterschiedlichen Materialien hergestellt werden, zum Beispiel in demselben oder in unterschiedlichen Prozessschritten.
Der wenigstens eine Dichtungsabschnitt kann zur Aushärtung temperiert werden. Hierbei kann die Temperierung des Dichtungsabschnitts gezielt für das Aushärten des Dichtungsabschnitts vorgenommen werden. Ebenso ist es möglich, eine passive Temperierung des Dichtungsabschnitts zu realisieren. Beispielsweise kann für das Einbringen des Spaltrohrs in den Statorgrundkörper eine Temperierung wenigstens eines der beiden Bauteile erfolgen. Zum Beispiel kann der Stator vor dem Einbringen des Spaltrohrs erwärmt werden, um den Stator auszudehnen. Zusätzlich kann eine Kühlung des Spaltrohrs vorgesehen werden, um das Spaltrohr zu schrumpfen. Durch das Einbringen des Spaltrohrs in den erwärmten Stator kann die Aushärtung des Dichtungsabschnitts zumindest unterstützt werden. Beispielsweise kann eine Restwärme des Stators verwendet werden, um die Aushärtung des Dichtungsabschnitts zu unterstützen oder durchzuführen. Die Aushärtung kann hierbei insbesondere auch Bestandteil eines Verfahrens zur Herstellung einer elektrischen Maschine sein, in welchem Herstellungsverfahren das Spaltrohr bzw. der Spaltrohrgrundkörper in den Statorgrundkörper eingebracht wird.
Das beschriebene Spaltrohr kann nach einer weiteren Ausgestaltung des Verfahrens einteilig oder zweiteilig ausgebildet werden. Bei einer einteiligen Ausführung des Spaltrohrs ist insbesondere der Spaltrohrgrundkörper einteilig ausgeführt, sodass dieser, insbesondere ununterbrochen, die Statoröffnung durchgreifen kann. Bei der zweiteiligen Ausführung ist der Spaltrohrgrundkörper zweiteilig bzw. werden zwei Spaltrohrgrundkörper vorgesehen, die miteinander verbunden werden können. Hierzu kann ein separates dichtendes Bauteil in Axialrichtung zwischen die beiden Spaltrohrgrundkörper eingebracht werden, um diese an ihrer Trennebene miteinander zu verbinden bzw. den Übergang abzudichten.
Bei der einteiligen Ausführung des Spaltrohrs, also insbesondere einteiligen Ausführung des Spaltrohrgrundkörpers, kann es sinnvoll sein, den integral mit dem Spaltrohrgrundkörper ausgebildeten Dichtungsabschnitt nur in einem axialen Bereich vorzusehen, insbesondere im Bereich einer Stirnfläche des Statorgrundkörpers. Auf der anderen Seite kann, sofern erforderlich, eine separate Dichtungseinrichtung angeordnet werden. Bei der zweiteiligen Ausführung des Spaltrohrgrundkörpers können die beiden Spaltrohrgrundkörperteile beispielsweise identisch ausgeführt werden und von unterschiedlichen Seiten in die Öffnung des Statorgrundkörpers eingebracht werden. Dies erlaubt insbesondere, dass beide Teile des Spaltrohrgrundkörpers mit jeweils einem integral ausgebildeten Dichtungsabschnitt hergestellt werden können, insbesondere als Gleichteile.
Nach einer weiteren Ausgestaltung des Verfahrens kann an oder in dem Spaltrohrgrundkörper, insbesondere innerhalb des Dichtungsabschnitts, wenigstens ein Verstärkungsabschnitt gebildet werden, der eine lokale Verstärkung des Spaltrohrs bewirkt. Der Verstärkungsabschnitt kann beispielsweise durch Einbringen eines Versteifungselements bzw. Verstärkungselements gebildet werden. Der Verstärkungsabschnitt weist gegenüber in Axialrichtung angrenzenden Bereichen des Spaltrohrs eine höhere Steifigkeit bzw. Festigkeit auf. Der Verstärkungsabschnitt kann beispielsweise am Innenumfang oder am Außenumfang des Spaltrohrgrundkörpers angeordnet werden und zusammen mit dem Spaltrohrgrundkörper und dem Dichtungsabschnitt hergestellt werden, beispielsweise vergossen, injiziert oder imprägniert werden. Der Verstärkungsabschnitt kann beispielsweise ein, insbesondere metallischer, Einleger sein.
Alternativ ist es ebenso möglich, dass wenigstens eine Versteifungselement als Bandagierung aus einem Fasermaterial herzustellen und zusammen mit dem Spaltrohrgrundkörper und dem Dichtungsabschnitt mit einem Matrixmaterial zu injizieren. Der Verstärkungsabschnitt kann ferner durch eine Wicklung des Fasergrundkörpers des Spaltrohrgrundkörpers gebildet werden, beispielsweise durch Umklappen, Aufrollen oder Aufwickeln des, zum Beispiel schlauchartigen, Fasergrundkörpers. Hierbei kann zusätzlich in das Fasermaterial ein weiteres Versteifungselement eingebracht werden, beispielsweise eine Kombination eines Einlegers mit einer beschriebenen Bandagierung bzw. Aufwicklung, Aufrollung oder Umklappen eines Abschnitts des Fasergrundkörpers. Die lokale Verstärkung bewirkt insbesondere, dass Kräfte, die auf das Spaltrohr wirken, verbessert aufgenommen werden können. Die lokale Verstärkung bewirkt insbesondere, dass sich das Spaltrohr lokal nicht verformt und somit die Dichtung verbessert sichergestellt werden kann. Eine Kombination des Verstärkungsabschnitts mit dem Dichtungsabschnitt verbessert somit die Dichtungswirkung, insbesondere auch bei Förderung des Kühlmittels unter erhöhtem Druck.
Daneben betrifft die Erfindung ein Spaltrohr für eine elektrische Maschine, insbesondere eine elektrische Maschine für ein Kraftfahrzeug, wobei das Spaltrohr einen, insbesondere zylindrischen, Spaltrohrgrundkörper aufweist, wobei an dem Spaltrohrgrundkörper wenigstens ein Dichtungsabschnitt ausgebildet ist, der eine Dichtfläche für einen Statorgrundkörper eines Stators einer elektrischen Maschine bereitstellt. Weiter betrifft die Erfindung eine elektrische Maschine mit einem wie zuvor beschrieben ausgeführten Spaltrohr. Die zuvor in Bezug auf das Verfahren beschriebenen Vorteile, Einzelheiten und Merkmale sind vollständig auf das Spaltrohr und die elektrische Maschine übertragbar. Insbesondere wird durch das zuvor beschriebene Verfahren ein Spaltrohr mit den entsprechenden Eigenschaften hergestellt. Das hergestellte Spaltrohr weist somit sämtliche Eigenschaften auf, die zuvor in Bezug auf das Verfahren beschrieben wurden.
Die Erfindung wird nachfolgend anhand von Ausführungsbeispielen unter Bezugnahme auf die Fig. erläutert. Die Fig. sind schematische Darstellungen und zeigen:

1 einen Längsschnitt eines Ausschnitts einer elektrischen Maschine mit einem Spaltrohr nach einem ersten Ausführungsbeispiel;
2 einen Querschnitt eines Ausschnitts der elektrischen Maschine von 1;
3a, 3b ein Schema eines Werkzeugs zur Herstellung eines Spaltrohrs;
4 einen Längsschnitt eines Ausschnitts einer elektrischen Maschine mit einem Spaltrohr nach einem zweiten Ausführungsbeispiel;
5 ein Schema eines Werkzeugs zur Herstellung eines Spaltrohrs;
6 einen Längsschnitt eines Ausschnitts einer elektrischen Maschine mit einem Spaltrohr nach einem dritten Ausführungsbeispiel; und
7 einen Längsschnitt eines Ausschnitts einer elektrischen Maschine mit einem Spaltrohr nach einem vierten Ausführungsbeispiel.

1 zeigt einen Ausschnitt einer elektrischen Maschine 1 in einer schematischen Längsschnittdarstellung. Die elektrische Maschine 1 weist einen Statorgrundkörper 2 auf, der eine Statoröffnung 3 aufweist, die einen Rotorraum 4 begrenzt. In der Statoröffnung 3 ist ein Spaltrohr 5 angeordnet, das den Rotorraum 4 von einem Statorraum 6 trennt. Die Trennung durch das Spaltrohr 5 erfolgt insbesondere in radialer Richtung, beispielsweise derart, dass alles radial innerhalb des Spaltrohrs 5 zu dem Rotorraum 4 zählt und alles radial außerhalb des Spaltrohrs 5 zu dem Statorraum 6 gezählt werden kann. Kühlmittel, das durch den Statorgrundkörper 2 geführt wird, kann somit nicht in den Rotorraum 4 gelangen, sondern wird durch das Spaltrohr 5 daran gehindert in den Rotorraum 4 zu strömen.
Das Spaltrohr 5 weist in diesem Ausführungsbeispiel einen Spaltrohrgrundkörper 7 auf, der im Wesentlichen zylindrisch bzw. zylinderartig ausgeführt ist und letztlich den Teil bildet, mit dem das Spaltrohr 5 in die Statoröffnung 3 eingreift. Beispielsweise ist der Spaltrohrgrundkörper 7 aus einem Fasergrundkörper gebildet, der mit einem Matrixmaterial getränkt ist bzw. in den Matrixmaterial, insbesondere ein Harz, injiziert oder mit diesem imprägniert ist.
Das Spaltrohr 5 weist ferner einen Dichtungsabschnitt 8 auf, der an dem Spaltrohrgrundkörper 7 angeordnet ist, welcher Dichtungsabschnitt 8 eine Dichtfläche 9 bildet. Wie in 1, 2 dargestellt, liegt das Spaltrohr 5 in diesem Ausführungsbeispiel mit dem Dichtungsabschnitt 8 in Axialrichtung (bezogen auf eine Drehachse 10) an dem Statorgrundkörper 2 an. Insbesondere liegt die Dichtfläche 9 in Anlage mit einer axialen Stirnfläche 11 des Statorgrundkörpers 2. Dadurch wird sichergestellt, dass in Statornuten 12 einströmendes Kühlmittel das Spaltrohr 5 nicht umgehen kann bzw. nicht in einen Zwischenraum bzw. Luftspalt zwischen dem Spaltrohr 5, insbesondere dem Spaltrohrgrundkörper 7, und der Innenfläche des Statorgrundkörpers 2 gelangen kann. In dem gezeigten Ausführungsbeispiel ist der Dichtungsabschnitt 8 zweistufig ausgeführt, d.h. beispielhaft mit zwei sich unterschiedlich in Radialrichtung erstreckenden Stufen. Grundsätzlich ist die Formgebung beliebig und könnte beispielsweise auch im Querschnitt betrachtet rechteckig, dreieckig oder beliebig anders geformt sein.
Der Dichtungsabschnitt 8 bildet einen Flansch bzw. Vorsprung in radialer Richtung bezogen auf die Drehachse 10. Der Vorsprung setzt sich in Umfangsrichtung fortlaufend fort. Mit anderen Worten verbreitert der Dichtungsabschnitt 8 das Spaltrohr 5 in Radialrichtung. Wie in 2 strichliert angedeutet ist, kann der Dichtungsabschnitt 8 in Umfangsrichtung verschiedene Bereiche aufweisen, die verschiedene Ausdehnung in radialer Richtung besitzen. Ebenso ist es möglich, wie durchgezogen dargestellt, dass der Dichtungsabschnitt 8 in Umfangsrichtung eine Konstante radiale Ausdehnung besitzt. Insbesondere kann die partielle Unterbrechung bzw. die unterschiedliche Ausdehnung in radialer Richtung die Statornuten 12 aussparen und in den Bereichen des Statorgrundkörpers 2 zwischen den Statornuten 12 eine erhöhte radiale Dichtfläche 9 ausbilden.
Wie bereits beschrieben, kann der Dichtungsabschnitt 8 an dem Spaltrohrgrundkörper 7 ausgebildet werden, insbesondere integral mit diesem ausgeführt werden. Hierzu kann beispielsweise derselbe Herstellungsprozess verwendet werden. Da der Spaltrohrgrundkörper 7, wie beschrieben, einen Fasergrundkörper aufweist, der mit einem Matrixmaterial getränkt werden kann, kann der Dichtungsabschnitt 8 beispielsweise aus dem reinen Matrixmaterial hergestellt werden. 3a, 3b zeigen beispielhaft ein Spaltrohr 5 mit einem Spaltrohrgrundkörper 7 in einem Werkzeug 13 in geschlossener Form und in geöffneter Form. Das Werkzeug 13 weist in diesem Ausführungsbeispiel eine Kavität 14 auf, die den Dichtungsabschnitt 8 definiert. Wird der Spaltrohrgrundkörper 7 mit dem Matrixmaterial getränkt, kann das Matrixmaterial in die Kavität 14 eingebracht werden und nach Aushärten den Dichtungsabschnitt 8 bilden.
Das fertiggestellte Spaltrohr 5 kann anschließend in die Statoröffnung 3 eingebracht werden. Dazu kann beispielsweise der Statorgrundkörper 2 erwärmt und das Spaltrohr 5 gegebenenfalls gekühlt werden. Hierbei kann die Erwärmung des Statorgrundkörpers 2 dazu ausgenutzt werden, das Matrixmaterial auszuhärten. Alternativ kann eine gezielte Temperierung des Matrixmaterials erfolgen. Das Spaltrohr 5 kann beispielsweise zweiteilig ausgeführt sein, sodass, beispielsweise, jeweils ein Spaltrohr 5 an einer Stirnfläche 11 des Statorgrundkörpers 2 angeordnet bzw. in die Statoröffnung 3 von gegenüberliegenden Richtungen eingebracht wird. Zwischen den beiden Hälften des Spaltrohrs 5 kann somit ein Dichtelement eingebracht werden, um die beiden Teile des Spaltrohrs 5 miteinander zu verbinden. Ebenso ist es möglich, den Spaltrohrgrundkörper 7 entsprechend lang auszubilden, sodass dieser den kompletten Statorgrundkörper 2 durchgreift. In diesem Fall kann, sofern erforderlich, ein weiteres Dichtelement an der gegenüberliegenden Stirnfläche 11 an dem Statorgrundkörper 7 angebracht werden.
4 zeigt ein Spaltrohr 5 nach einem zweiten Ausführungsbeispiel. In dem Dichtungsabschnitt 8 ist in diesem Ausführungsbeispiel eine Aufnahme 15 für ein Dichtelement 16 ausgebildet. Die entsprechende Aufnahme 15 kann über ein in einem schematischen Ausschnitt in 5 dargestellten Werkzeug mit einem Schieber 17 hergestellt werden. Anschließend kann das Dichtelement 16, zum Beispiel ein O-Ring, in die Aufnahme 15 eingebracht werden, um die Dichtungswirkung zu verbessern.
6 zeigt ein Spaltrohr 5 nach einem dritten Ausführungsbeispiel. Grundsätzlich kann das Spaltrohr 5 bzw. der Dichtungsabschnitt 8 des Spaltrohrs 5 funktional bzw. systematisch in einen Abstützbereich 18 und einen Dichtbereich 19 aufgeteilt werden. In dem gezeigten Ausführungsbeispiel ist der Abstützbereich 18 aus einem anderen Material hergestellt als der Dichtbereich 19. Beispielsweise kann der Abstützbereich 18, wie bereits beschrieben, zusammen mit dem Spaltrohrgrundkörper 7 hergestellt werden oder wiederum aus einem anderen Material bestehen. Der Dichtbereich 19 kann zumindest aus einem anderen Material hergestellt sein, wie der Abstützbereich 18. Zum Beispiel ist der Abstützbereich 18 aus einem ersten Matrixmaterial hergestellt, insbesondere demselben Matrixmaterial, das für die Herstellung des Spaltrohrgrundkörpers 7 verwendet wird. Der Dichtbereich 19 kann aus einem zweiten Matrixmaterial hergestellt sein, das sich von dem ersten Matrixmaterial unterscheidet. Hierbei kann für den Dichtbereich 19 insbesondere ein weicheres Material gewählt werden, um die Dichtwirkung bzw. eine Vorspannung des Spaltrohrs 5 gegenüber dem Statorgrundkörper 2 zu verbessern.
7 zeigt ein Spaltrohr 5 gemäß eines vierten Ausführungsbeispiels. In dem vierten Ausführungsbeispiel ist der Dichtungsabschnitt 8 ebenfalls in einen Dichtbereich 19 und einen Abstützbereich 18 unterteilt. Der Dichtbereich 19 kann hierbei durch eine Ausgleichsschicht 20 gebildet oder mit einer solchen verbunden werden, die beispielsweise ein Ausgleichsmaterial und/oder einen Klebstoff umfasst. Die Ausgleichsschicht 20 kann zum einen die Anordnung des Spaltrohrs 5 an dem Statorgrundkörper 2 sicherstellen. Alternativ oder zusätzlich kann die Ausgleichsschicht 20 unterschiedliche thermische Ausdehnungen der Materialien des Statorgrundkörpers 2 sowie des Spaltrohrs 5 ausgleichen. Die Ausgleichsschicht 20 kann beispielsweise vor einer Montage auf das Spaltrohr 5 oder auf den Statorgrundkörper 2 aufgebracht werden. Die Ausgleichsschicht 20 kann beispielsweise durch die Erwärmung des Statorgrundkörpers 2 für die Montage, insbesondere ein Einpressen des Spaltrohrs 5, ausgehärtet werden. Hierbei kann das Spaltrohr 5 beispielsweise gekühlt werden. Die Ausgleichsschicht 20 kann auf das Spaltrohr 5 aufgetragen werden, sodass nach Einpressen ein Kontakt zwischen der Ausgleichsschicht 20 und der Stirnfläche 11 des Statorgrundkörpers 2 besteht, die zum Aushärten der Ausgleichsschicht 20 zumindest beiträgt.
In den gezeigten Varianten des Spaltrohrs 5 kann zusätzlich in dem Dichtungsabschnitt 8 ein Verstärkungsabschnitt 21 vorgesehen sein. Auch wenn der Verstärkungsabschnitt 21 nur in der Ausgestaltung nach 7 dargestellt ist, ist eine Übertragung auf sämtliche weiteren Ausgestaltungen möglich. Der Verstärkungsabschnitt 21 ist beispielsweise als, insbesondere metallischer, Einleger ausgebildet. Der Verstärkungsabschnitt 21 kann ringförmig um den Spaltrohrgrundkörper 7 umlaufen bzw. radial innenliegenden zu dem Spaltrohrgrundkörper 7 vorgesehen sein. Der Verstärkungsabschnitt 21 kann beispielsweise zusammen mit dem Herstellungsprozess des Dichtungsabschnitts 8 hergestellt werden, beispielsweise zusammen imprägniert oder vergossen sein. Ebenso kann der Verstärkungsabschnitt 21 aus einem Fasermaterial bzw. einer Bandagierung hergestellt werden. Der Verstärkungsabschnitt 21 kann auch durch Umklappen bzw. Umstülpen des Fasergrundkörpers, der Bestandteil des Spaltrohrgrundkörpers 7 ist, ausgebildet sein.
Die in den einzelnen Ausführungsbeispielen gezeigten Vorteile, Einzelheiten und Merkmale sind beliebig untereinander austauschbar, miteinander kombinierbar und aufeinander übertragbar. Das beschriebene Verfahren kann zur Herstellung der elektrischen Maschine 1 bzw. des Spaltrohrs 5 verwendet werden. Die elektrische Maschine 1 kann insbesondere eine elektrische Maschine 1 für ein Kraftfahrzeug sein bzw. kann ein solches Kraftfahrzeug eine elektrische Maschine 1 mit einem solchen Spaltrohr 5 aufweisen.
Bezugszeichenliste

1: elektrische Maschine
2: Statorgrundkörper
3: Statoröffnung
4: Rotorraum
5: Spaltrohr
6: Statorraum
7: Spaltrohrgrundkörper
8: Dichtungsabschnitt
9: Dichtfläche
10: Drehachse
11: Stirnfläche
12: Statornut
13: Werkzeug
14: Kavität
15: Aufnahme
16: Dichtelement
17: Schieber
18: Abstützbereich
19: Dichtbereich
20: Ausgleichsschicht
21: Verstärkungsabschnitt

Claims

Verfahren zur Herstellung eines Spaltrohrs (5) für eine elektrische Maschine (1), insbesondere eine elektrische Maschine (1) für ein Kraftfahrzeug, wobei das Spaltrohr (5) einen, insbesondere zylindrischen, Spaltrohrgrundkörper (7) aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass an dem Spaltrohrgrundkörper (7) wenigstens ein Dichtungsabschnitt (8) ausgebildet wird, der eine Dichtfläche (9) für einen Statorgrundkörper (2) eines Stators einer elektrischen Maschine (1) bildet.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der wenigstens eine Dichtungsabschnitt (8) zumindest teilweise einteilig mit dem Spaltrohrgrundkörper (7) ausgebildet wird, insbesondere wenigstens ein Bereich des Dichtungsabschnitts (8) aus derselben Matrix ausgebildet wird.
Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der wenigstens eine Dichtungsabschnitt (8) in Umfangsrichtung umlaufend oder unterbrochen ausgebildet wird.
Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Spaltrohr (5) in einem Werkzeug (13) hergestellt wird, das wenigstens eine Kavität (14) aufweist, in der der wenigstens eine Dichtungsabschnitt (8) ausgebildet wird.
Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass an dem wenigstens einen Dichtungsabschnitt (8) eine, insbesondere in Axialrichtung geöffnete, Aufnahme (15) für ein Dichtelement (16) ausgebildet wird.
Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der wenigstens eine Dichtungsabschnitt (8) derart hergestellt wird, dass der wenigstens eine Dichtungsabschnitt (8) wenigstens einen Abstützbereich (18) und wenigstens einen Dichtbereich (19) aufweist, wobei der Dichtbereich (19) in Axialrichtung an dem Abstützbereich (18) abgestützt ist und der Dichtbereich (19) die Dichtfläche (9) bereitstellt.
Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der wenigstens eine Dichtungsabschnitt (8) zur Aushärtung temperiert wird.
Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Spaltrohr (5) einteilig oder zweiteilig ausgebildet wird.
Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass an oder in dem Spaltrohrgrundkörper (7), insbesondere innerhalb des Dichtungsabschnitts (8), wenigstens ein Verstärkungsabschnitt (21) gebildet wird, der eine lokale Verstärkung des Spaltrohrs (5) bewirkt.
Spaltrohr (5) für eine elektrische Maschine (1), insbesondere eine elektrische Maschine (1) für ein Kraftfahrzeug, wobei das Spaltrohr (5) einen, insbesondere zylindrischen, Spaltrohrgrundkörper (7) aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass an dem Spaltrohrgrundkörper (7) wenigstens ein Dichtungsabschnitt (8) ausgebildet ist, der eine Dichtfläche (9) für einen Statorgrundkörper (2) eines Stators einer elektrischen Maschine (1) bereitstellt.
Elektrische Maschine (1) mit einem gemäß Anspruch 10 ausgebildeten Spaltrohr (5)