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Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Herstellen einer elektrischen Maschine, wobei ein Stator der elektrischen Maschine mit einem Gehäuse der elektrischen Maschine gefügt wird. Dabei weist der Stator eine geringere bauliche Statorgröße auf als der den Stator aufnehmende Gehäuseinnenraum des Gehäuses. Der Stator und das Gehäuse werden zum Fügen zudem gegenüber einander gehaltert, wobei beim Haltern aufgrund der geringeren Statorgröße zwischen Gehäuse und Stator ein Freiraum ausgebildet ist. Weiterhin betrifft die Erfindung eine nach diesem Verfahren hergestellte elektrische Maschine.
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Im Zuge der fortschreitenden Verbreitung von elektrischen Maschinen und dabei insbesondere von Elektromotoren, welche als Antrieb im Kraftfahrzeug verwendet werden, bestehen stete Bestrebungen, diese elektrischen Maschinen hinsichtlich dieses Einsatzzwecks im Kraftfahrzeug zu optimieren. Hierbei stellt sich neben der Optimierung der Leistung und Effizienz der Elektromotoren auch stets die Aufgabe der Verschlankung der Herstellung und einer damit verbundenen Senkung der Herstellungskosten.
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Im Allgemeinen ist bezüglich der Optimierung von Elektromotoren hinsichtlich verschiedener Parameter aus dem Stand der Technik eine Vielzahl von Ansätzen bekannt.
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So wird beispielsweise durch die
WO 2015 / 028 073 A1 ein Elektromotor mit verbesserter Wärmeableitung aus dessen Inneren offenbart. Der Elektromotor weist dabei an der an das Gehäuse des Elektromotors angrenzenden, äußeren Mantelseite in Längsrichtung des Statorpakets Nuten mit einem dreiecksförmigen Querschnittsprofil auf. Diese Nuten sind dabei in Umfangsrichtung zueinander beabstandet ausgeformt. Im Umkehrschluss können die Nuten auch als Zahnlücken einer Verzahnung des Statorpakets angesehen werden, wobei die Verzahnung über die gesamte Länge des Statorpakets in Längsrichtung geradlinig verlaufende sowie in Umfangsrichtung zueinander beabstandet ausgeformte Zähne aufweist. Die Querschnittsform der Zähne entspricht hierbei einem gleichschenkligen Trapez. Das derart ausgebildete Statorpaket wird zudem über ein Aluminium-Druckgussverfahren in einem Formwerkzeug mit dem Gehäuse umgossen, wodurch aufgrund der Verzahnung eine vergrößerte Kontaktfläche und somit ein verringerter Wärmewiderstand zum Gehäuse vorliegt.
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Um Nachteile bei der Wärmeleitung aus dem Inneren eines Elektromotors auszugleichen, besteht zudem die Möglichkeit der Ausführung einer - aktiven - Kühlung der elektrischen Maschine mit einer Mindestdurchflussmenge an Kühlmittel, gegebenenfalls in Verbindung mit der Überwachung der Temperatur der elektrischen Maschine über einen oder mehrere Temperatursensoren.
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In diesem Zusammenhang beschreibt z. B. die
DE 196 51 959 A1 ein Gehäuse eines Innenläufermotors, wobei das zylindrisch ausgestaltete Statorpaket des Innenläufermotors sowie eine das Statorpaket umwindende Kühlrohrschlange beim Gießen des Gehäuses aus einem Metall - und hierbei insbesondere einem Aluminiumguss - in einer Gussform angeordnet und in das Gehäuse eingeformt werden.
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Im weiteren Zusammenhang mit dem vorgenannten Gießen von Gehäusen aus einem Metall werden hinsichtlich der Minimierung von Fertigungskosten im Stand der Technik Alternativen aufgezeigt.
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So offenbart die
EP 3 670 136 A1 eine elektrische Maschine mit einem Kunststoffgehäuse sowie ein Verfahren zur Fertigung der elektrischen Maschine. Hierfür wird ein Stator der elektrischen Maschine auf einem Dorn eines Formwerkzeugs positioniert und mit einem Kunststoff umformt, sodass aufgrund der Formgebung des Formwerkzeugs das Kunststoffgehäuse ausgebildet wird. Dabei werden Teile des Stators durch den Kunststoff eingeschlossen.
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Aus der
EP 3 525 324 A1 ist darüber hinaus ein Verfahren zur Fertigung eines Stators für einen wasserbeständigen Motor respektive des Motors selbst bekannt, wobei eine erste Statorbaugruppe zunächst in einem Formwerkzeug positioniert und eine Umhausung des Stators ausbildend mit einem Kunststoff umformt wird. Dabei wird in einer möglichen Ausgestaltung des Stators eine Vertiefung erzeugt, in welche folgend eine Elektronikbaugruppe eingebracht, die Vertiefung zumindest teilweise mit einem wasserbeständigen Klebstoff aufgefüllt und die Elektronikbaugruppe somit vergossen wird. In hiervon abweichender Ausgestaltung wird die Elektronikbaugruppe hingegen zunächst in einem eigenständigen Gehäuseteil positioniert und anschließend mit dem wasserbeständigen Klebstoff vergossen. Dieses Gehäuseteil wird anschließend mit der mit der Umhausung umformten Statorbaugruppe verbunden. In beiden Fällen wird somit auch zumindest ein Teil der den Motor steuernden Elektronik unmittelbar in den Motor eingegossen.
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Werden jedoch Elektromotoren unterschiedlicher Leistungsklassen benötigt, ist es auch mit den vorstehenden Optimierungen notwendig, eine auf die jeweilige Leistungsklasse angepasste Ausgestaltung des Elektromotors vorzunehmen. Dabei ist insbesondere eine eigenständige Gestaltung für das Gehäuse, den Stator respektive das Stator-Blechpaket sowie den Rotor vorzusehen. Dies bedingt dabei zudem regelmäßig eine individuelle Fertigungslinie für eine solche jeweilige Ausgestaltung der Elektromotoren. Beides bedingt hohe Kosten für Elektromotoren solcher unterschiedlichen Leistungsklassen.
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In Bezug auf die Eingrenzung einer solchen Variantenvielfalt ist z. B. der
US 2018 / 0 294 749 A1 eine Stelleinrichtung zum mechanischen Betätigen eines Bauteils sowie ein zugehöriges Herstellungsverfahren zu entnehmen. Die Stelleinrichtung weist dabei ein einen Elektromotor aufnehmendes Gehäuse auf. Um bei einer Anpassung der Stelleinrichtung an unterschiedliche Leistungsanforderungen die notwendige Variantenvielfalt des den Elektromotor aufnehmenden Gehäuses zu minimieren, ist grundsätzlich vorgesehen, sich lediglich in ihrer Länge unterscheidende Elektromotoren zu verwenden. So kann das Gehäuse stets den gleichen Querschnitt aufweisen. Die dadurch notwendigen unterschiedlichen Längen des aus einem Grundteil und einem Deckel bestehenden Gehäuses können dabei über das stets gleichbleibend ausgestaltete Grundteil und sich in ihrer Länge unterscheidende Deckel realisiert sein. Ferner besteht die Möglichkeit, dass das Gehäuse stets gleichartig ausgestaltet ist und ein Ausgleich unterschiedlicher Längen des Elektromotors durch Einbringen eines Distanzelements in das Gehäuse erfolgt.
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Dieses Prinzip weiterführend ist aus der
DE 10 2010 049 151 A1 ein modulares Elektromotorensystem respektive ein Verfahren zur Herstellung von Elektromotoren unterschiedlicher Leistungsgröße bekannt. Hierbei wird in ein Motorgehäuse einer Größe entweder ein Stator einer ersten Statorgröße oder ein Stator einer zweiten, baulich größeren Statorgröße als die erste Statorgröße eingesetzt. Um den jeweiligen Stator koaxial mit dem Gehäuse zu fügen und diese gegen das Gehäuse abzustützen, weist entweder das Gehäuse oder der Stator kleinerer Statorgröße Vorsprünge auf, welche in im jeweiligen Gegenstück ausgeformte Nuten eingreifen. Der Stator größerer Statorgröße weist zum Einfügen in das Gehäuse wiederum selbst Nuten auf oder ist ohne Nuten ausgeführt und grenzt radial unmittelbar an das Gehäuse an. So können Elektromotoren unterschiedlicher Leistungsklassen zur Verfügung gestellt werden, wobei eine geringere Anzahl an Baugruppen hergestellt und gelagert werden müssen. Dies senkt die damit jeweils verbundenen Kosten. Überaus nachteilig gestaltet sich dabei jedoch gerade bei einem Verwenden des Stators kleinerer Statorgröße die Ableitung der Wärme aus dem Inneren des Elektromotors aufgrund der geringen Kontaktfläche des Stators mit dem Gehäuse des Elektromotors.
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Vor diesem Hintergrund liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren der eingangs genannten Art derart auszuführen, dass elektrische Maschinen mit verbesserten thermischen Eigenschaften sowie beeinflussbarer Leistungscharakteristik herstellbar sind. Ferner liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, eine solche elektrische Maschine bereitzustellen.
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Diese Aufgabe wird gelöst mit einem Verfahren gemäß den Merkmalen des Patentanspruchs 1 sowie einer elektrischen Maschine nach Patentanspruch 10. Die Unteransprüche betreffen besonders zweckmäßige Weiterbildungen der Erfindung.
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Erfindungsgemäß ist also ein Verfahren zum Herstellen einer elektrischen Maschine, insbesondere eines Elektromotors, vorgesehen, bei welchem ein Stator der elektrischen Maschine mit einem Gehäuse der elektrischen Maschine, hierbei insbesondere einem Gehäuse einer - einzigen - baulichen Gehäusegröße, gefügt wird. Dabei weist der Stator erfindungsgemäß eine geringere bauliche Statorgröße auf als der den Stator aufnehmende Gehäuseinnenraum des Gehäuses. Ferner werden der Stator und das Gehäuse zum Fügen gegenüber einander gehaltert, wobei beim Haltern aufgrund der geringeren Statorgröße zwischen Gehäuse und Stator ein Freiraum ausgebildet ist. Das Haltern erfolgt dabei bevorzugt über eine Haltevorrichtung, wobei der Stator über die Haltevorrichtung radial mittig im Gehäuseinnenraum und somit koaxial zum Gehäuse positioniert wird. Das eigentliche Fügen des Stators mit dem Gehäuse erfolgt ferner durch ein Vergießen zumindest eines Teils des Freiraums zwischen Stator und Gehäuse mit einem - flüssigen oder verflüssigten - Vergussmaterial.
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So kann über das erfindungsgemäße Verfahren gerade aufgrund des Freibereichs zwischen Stator und Gehäuse gewinnbringend die mechanische Belastung des Stators und/oder des Gehäuses bei der Herstellung sowie in der derart hergestellten elektrischen Maschine minimiert werden. Zugleich weisen über das Verfahren hergestellte elektrische Maschinen aufgrund des Vergießens eine deutlich verbesserte thermische Anbindung, also einen verringerten Wärmeleitwiderstand zwischen Stator und Gehäuse auf, sodass die Wärmeleitung aus dem Inneren der elektrischen Maschine erhöht und dadurch die Kühlung der elektrischen Maschine effizienter ausgestaltet wird. Neben der Verbesserung der Wärmeleitung erhöht sich zudem die thermische Kapazität der elektrischen Maschine, wodurch deutlich höhere kurzzeitige Belastungen der elektrischen Maschine im Vergleich zu beispielsweise einem eingepressten respektive eingeschrumpften Stator möglich sind. Weiterhin lassen sich vereinfacht unterschiedliche Leistungscharakteristika der hergestellten elektrischen Maschine respektive Maschinen einstellen. Zur zusätzlichen Verbesserung der thermischen Anbindung von Stator und Gehäuse über das Vergussmaterial kann der Stator und hierbei insbesondere das Lamellenpaket des Stators auf der dem Gehäuse zugewandten Mantelseite ausgeformte Strukturen aufweisen, welche die Oberfläche des Lamellenpakets und somit des Stators vergrößern. Diese verbessern zudem die Haftung des Stators im Gehäuse.
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Das Vergussmaterial sollte sich weiterhin vom Werkstoff des Gehäuses und/oder des Stators in der Art unterscheiden, dass ein zum Vergießen vorgewärmtes Gehäuse und/oder ein vorgewärmter Stator aufgrund des Temperatureintrags durch ein aufgeschmolzenes Vergussmaterial nicht an- oder gar aufgeschmolzen wird. Das Vergussmaterial sollte folglich eine geringere Schmelztemperatur aufweisen als der Werkstoff des Gehäuses und/oder des Stators. Grundsätzlich wäre das Vergussmaterial somit bevorzugt ein Metall, wie z. B. Aluminium, hierbei insbesondere eine Metalllegierung, wie z. B. eine Aluminiumlegierung. Es besteht hierneben jedoch weiterhin die Möglichkeit, dass auch Nichtmetalle als Vergussmaterial verwendet werden können. So könnten beispielsweise auch Kunststoffe wie Thermoplaste oder - insbesondere thermisch - härtbare Kunstharze wie Epoxidharz als Vergussmaterial Verwendung finden.
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Zur Formung des Vergussmaterials würde das Vergießen des Gehäuses mit dem Stator über wenigstens ein Formwerkzeug, bevorzugt über zwei oder gar drei Formwerkzeuge erfolgen. Hierbei könnte eine zur Halterung des Stators und/oder des Gehäuses vorgesehene Haltervorrichtung auch Teil eines Formwerkzeugs sein. Zumindest der Verschluss zweier Stirnseiten der elektrischen Maschine respektive des Gehäuseinnenraums über das Formwerkzeug oder die Formwerkzeuge wäre dabei vorgesehen.
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In einer besonders vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung werden Statoren mit sich voneinander unterscheidender baulicher Statorgröße mit dem insbesondere eine einzige bauliche Gehäusegröße aufweisenden Gehäuse gefügt. Dabei wird die mit dem Gehäuse gefügte Statorgröße durch eine durch die elektrische Maschine aufzubringende Sollleistung, hierbei insbesondere eine Sollnennleistung, bestimmt. So lässt sich gewinnbringend eine Vielzahl an elektrischen Maschinen und dabei im Besonderen Elektromotoren herstellen, welche bei einer geringeren Anzahl an vorzuhaltenden Bauelementen sich voneinander unterscheidenden Sollleistungen bereitstellen. Die geringe Anzahl an vorzuhaltenden Bauelementen ist hierbei insbesondere durch die Nutzung eines Gehäuses lediglich einer baulichen Gehäusegröße bei der Herstellung der elektrischen Maschine bedingt. Beispielhaft würde zur Herstellung einer elektrischen Maschine einer ersten Sollleistung ein Stator einer ersten Statorgröße und zur Herstellung einer elektrischen Maschine mit einer gegenüber der ersten Sollleistung geringeren zweiten Sollleistung ein Stator mit einer gegenüber der ersten Statorgröße geringeren zweiten Statorgröße mit dem Gehäuse vergossen. Dies würde entsprechend für weitere Solleistungen, z. B. eine dritte Sollleistung, entsprechend durchgeführt. Die hierbei höchstmögliche Sollleistung ergibt sich insbesondere aus der vom minimal möglichen Freiraum abhängigen, maximalen baulichen Statorgröße, die mit dem Gehäuse fügbar ist. Der minimal mögliche Freiraum wird dabei vor allem durch die notwendige Menge an Vergussmaterial zur Etablierung einer zuverlässigen stoffschlüssigen Verbindung zwischen Gehäuse und Stator bestimmt. Durch die Verwendung eines Gehäuses lediglich einer Gehäusegröße verringern sich neben den Lagerkosten auch die Kosten für die Entwicklung und Herstellung des Gehäuses, da z. B. nur noch ein Satz an Werkzeugen für die Herstellung des Gehäuses benötigt wird. Die Sollleistung, insbesondere die Sollnennleistung, ist hierbei bevorzugt eine Sollausgangsleistung der elektrischen Maschine, wobei diese jedoch ebenso eine Solleingangsleistung sein kann.
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Eine im Allgemeinen jedoch insbesondere im Zusammenhang mit der vorstehend genannten Weiterbildung als überaus gewinnbringend anzusehende Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens besteht zudem darin, dass sich die unterscheidenden Statorgrößen aus unterschiedlichen Statordurchmessern und/oder unterschiedlichen Statorlängen des Stators ergeben. So liegen gewinnbringend zwei Möglichkeiten vor, die Statorgröße zu verändern, wodurch die Sollleistung der elektrischen Maschine vereinfacht bereitgestellt werden kann. Dabei ist im Rahmen der Ausgestaltung zudem bevorzugt vorgesehen, dass diese Statorgrößen - und somit die Statordurchmesser und/oder Statorlängen - zueinander abgestuft zur Verfügung gestellt werden. Über die Abstufung der Statorgrößen lässt sich wiederum eine Vielfalt an vorzuhaltenden Bauelementen für die Herstellung der elektrischen Maschine verringern und somit Lager- und Herstellungskosten minimieren. Zugleich ermöglicht die Abstufung der Statorgrößen jedoch die Herstellung von elektrischen Maschinen und hierbei insbesondere von Elektromotoren unterschiedlicher Leistungsklassen über das erfindungsgemäße Verfahren. So lässt sich über das Verfahren folglich ein modulares Baukastensystem zur Herstellung von elektrischen Maschinen verwirklichen. Es ist hierbei denkbar, dass zur Herstellung der elektrischen Maschine Statoren mit je drei Abstufungen des Statordurchmessers und der Statorlänge und somit neun Abstufungen der Statorgröße bereitgestellt werden, was wiederum die Herstellung von elektrischen Maschinen neun unterschiedlicher Leistungsklassen ermöglichen würde.
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In einer darüber hinaus vielversprechenden Ausführungsform der Erfindung wird zumindest ein Teil des axial nicht durch den Stator überdeckten Gehäuseinnenraums des Gehäuses beim Fügen - gar - nicht oder nicht vollständig mit dem Vergussmaterial vergossen und somit durch diesen Teil ein Gehäusenutzraum vorgehalten. Einerseits lässt sich hierdurch die Menge an zum Vergießen notwendigem Vergussmaterial und damit korrelierend die Masse der elektrischen Maschine verringern. Andererseits können in den vorgehaltenen Gehäusenutzraum weitere Komponenten der elektrischen Maschine intergiert werden, welche anderenfalls z. B. außen am Gehäuse anzuordnen wären. So ließe sich das Volumen einer derart hergestellten elektrische Maschine gegenüber einer elektrischen Maschine aus dem Stand der Technik vergleichbar hoch oder gar geringer ausgestalten.
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Als überaus vorteilhaft stellt sich eine Weiterbildung der Erfindung zudem dann dar, wenn beim Vergießen wenigstens in Teilbereichen der Vergussmasse Kanäle ausgeformt werden. Diese Kanäle lassen sich vorteilhaft zur Steuerung der Menge des Vergussmaterials und somit zur Verringerung der Masse einer hergestellten elektrischen Maschine einsetzen. Dies dient zudem der Kostenreduzierung. Über eine entsprechend gewählte Verteilung der ausgeformten Kanäle kann es zudem ermöglicht werden, mechanische Eigenschaften, wie beispielsweise das Schwingungsverhalten der elektrischen Maschine, zu beeinflussen und gegebenenfalls unvorteilhafte und somit unerwünschte Resonanzen zu vermeiden. Darüber hinaus ließe sich zudem der Wärmefluss aus dem Inneren der elektrischen Maschine in das Gehäuse verändern und dabei z. B. lokal steuern. Im Zusammenhang mit der thermischen Beeinflussung der elektrischen Maschine können die Kanäle außerdem als Kühlkanäle dienen. In diese Kühlkanäle kann im Betrieb einer hergestellten elektrischen Maschine ein Kühlmittel eingespeist werden, wofür die Anfänge und Enden der Kühlkanäle einerseits jeweils miteinander und mit einem zentralen Zulauf und einem zentralen Ablauf verbunden ausgeführt werden können. Andererseits könnte jeder Kühlkanal mit einem separat ausgeführten Zulauf und Ablauf verbunden ausgeführt werden. Hierfür könnte jedoch in beiden Ausgestaltungen, insbesondere im Rahmen des Verfahrens, als Zulauf eine Verteilerplatte und/oder als Ablauf eine Sammlerplatte an der elektrischen Maschine angeordnet werden. Zur Ausformung der Kanäle würde das beim Fügen zum Vergießen verwendete Formwerkzeug oder zumindest eines der Formwerkzeuge insbesondere stabförmige Kerne aufweisen. Somit wären die Kanäle nach der Entformung unmittelbar im Vergussmaterial ausgeformt.
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In gestalterisch günstiger Ausführung ist in einer Ausbildung der Erfindung zudem vorgesehen, dass beim Vergießen oder durch ein Angießen mittels des Vergussmaterials wenigstens ein Kühlmittelzulauf und/oder wenigstens ein Kühlmittelablauf - zur Kühlung einer am Gehäuse anzuordnenden Elektronikeinheit - ausgeformt werden, welche das Gehäuse - insbesondere radial - durchlaufen und mit zumindest einem der Kühlkanäle bildenden Kanäle fluiddurchlässig verbunden sind. Auf eine anderenfalls notwendige Anordnung eines komplexen Systems aus Zuführ- und Abführleitungen zum Anschluss der Kühlung der Elektronikeinheit an einen Kühlkreislauf der elektrischen Maschine kann somit vorteilhaft verzichtet werden. Die Elektronikeinheit wird insbesondere in einem Einbauraum des Gehäuses am Gehäuse an- oder aufgesetzt, wobei die Position des Kühlmittelzulaufs und/oder des Kühlmittelablaufs entlang des Gehäuses respektive des Einbauraums für die Elektronikeinheit auf die verwendete Elektronikeinheit abgestimmt würde. Hierfür kann angedacht sein, dass ein zur Formgebung des Kühlmittelzulaufs und/oder des Kühlmittelablaufs beim Vergießen oder Angießen verwendetes Formwerkzeug lediglich entlang des Gehäuses, hierbei insbesondere in axiale Richtung, verschoben oder versetzt wird. Die Elektronikeinheit ist dabei insbesondere eine Leistungsstell- und/oder Steuereinheit, bevorzugt ein Pulswechselrichter.
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In einer weiteren mit Vorteil behafteten Gestaltungsform der Erfindung wird beim Vergießen ein mit dem Kühlmittelzulauf und/oder dem Kühlmittelablauf verbunden auszuformender Kühlkanal Teilkanäle ausbildend unterbrochen ausgeformt und - beim Vergießen oder beim Angießen - jeweils ein Ende der Teilkanäle mit dem Kühlmittelzulauf und/oder dem Kühlmittelablauf fluiddurchlässig verbunden ausgeformt. So kann eine konstruktiv und fertigungstechnisch gewinnbringend einfache Möglichkeit bereitgestellt werden, den Kühlmittelzulauf und/oder den Kühlmittelablauf mit zumindest einem der Kühlkanäle fluiddurchlässig zu verbinden. Zur Formgebung des hierbei unterbrochen ausgeformten Kühlkanals kann vorgesehen sein, dass beim Fügen und somit Vergießen von Stator und Gehäuse zwei Formwerkzeuge verwendet werden, wobei jedes Formwerkzeug einen stabförmigen Kern aufweist, über welchen je ein Teilkanal ausgeformt wird.
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In Erfolg versprechender Weise ist in einer Ausführungsform der Erfindung ferner angedacht, dass der Kühlmittelablauf - beim Vergießen oder beim Angießen - über ein ein verschiebbares Formstück, insbesondere einen Bolzen, aufweisendes Formwerkzeug mit einem - durchgängig verlaufenden - Kühlkanal fluiddurchlässig verbunden ausgeformt wird. So wird es ermöglicht, den Kühlmittelablauf auch an ein durchgehend, also einen nicht unterbrochen ausgeformten Kühlkanal fluiddurchlässig anzubinden. Das Formwerkzeug wäre dabei insbesondere das Formwerkzeug, welches sowohl den Kühlmittelzulauf als auch den Kühlmittelablauf beim Vergießen oder Angießen ausformt. Der über das verschiebbare Formstück ausgeformte Verbindungskanal zwischen Kühlmittelablauf und Kühlkanal wäre hierbei mit einem geringeren Durchmesser auszuformen als der Kühlmittelablauf und/oder der Kühlkanal, sodass aufgrund der Strömung eines den Kühlkanal durchfließenden Kühlmittels aufgrund des entstehenden Unterdrucks das Kühlmittel über den Verbindungskanal aus dem Kühlmittelablauf und somit aus der Elektronikeinheit gesaugt wird.
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In zudem praxisgerechter Gestaltung der Erfindung wird im Gehäusenutzraum ein Lager und/oder ein Getriebe für einen im Stator anzuordnenden Rotor der elektrischen Maschine angeordnet. So kann der Gehäusenutzraum im Wesentlichen optimal genutzt und das Volumen der elektrischen Maschine - trotz eines für den gefügten Stator im Grunde überdimensionierten Gehäuses - gering gehalten werden.
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Erfindungsgemäß ist weiterhin eine elektrische Maschine, hierbei insbesondere ein Elektromotor, vorgesehen, wobei die elektrische Maschine nach dem zuvor erläuterten Verfahren hergestellt ist.
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Die Erfindung lässt zahlreiche Ausführungsformen zu. Zur weiteren Verdeutlichung ihres Grundprinzips sind einige davon in den Zeichnungen dargestellt und werden nachfolgend beschrieben. Diese zeigen in
- 1 eine elektrische Maschine, hergestellt nach einer Weiterbildung des Verfahrens;
- 2 eine Verdeutlichung von Statoren unterschiedlicher Statorgrößen;
- 3a bis 3c eine Vorgehensweise beim Fügen von Gehäuse und Stator;
- 4 eine Weiterbildung des Verfahrens zur Herstellung einer elektrischen Maschine;
- 5 eine Weiterbildung des Verfahrens, umfassend eine Ausformung eines Kühlmittelzulaufs und -ablaufs;
- 6 eine zweite elektrische Maschine, hergestellt nach einer Weiterbildung des Verfahrens mit dargestellter Elektronikeinheit;
- 7 eine Weiterbildung der Verbindung von Kühlmittelablauf und eines Kühlkanals.
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Aus 1 geht eine elektrische Maschine 1, hierbei ein Elektromotor, hervor, welcher nach einer Weiterbildung des Verfahrens zum Herstellen ebendieser elektrischen Maschine 1 erzeugt wurde. Hierfür wurde zum Fügen des Stators 2 der elektrischen Maschine 1 mit dem Gehäuse 3 der elektrischen Maschine 1 der Stator 2 gegenüber dem Gehäuse 3 gehaltert, wobei aufgrund der geringeren baulichen Statorgröße 4 des Stators 2 gegenüber dem den Stator 2 aufnehmenden Gehäuseinnenraum 5 des Gehäuses 3 der Freiraum 6 zwischen dem Gehäuse 3 und dem Stator 2 ausgebildet ist. Zum eigentlichen Fügen des Stators 2 mit dem Gehäuse 3 wurde dieser Freiraum 6 während des Halterns mit dem Vergussmaterial 7 vergossen, sodass eine stoffschlüssige Verbindung zwischen Stator 2 und Gehäuse 3 vorliegt. Zur Steuerung der Menge des Vergussmaterials 7, hierbei insbesondere zur Reduzierung der Masse der elektrischen Maschine 1, wurden im Vergussmaterial 7 zudem die sich in axiale Richtung der elektrischen Maschine 1 erstreckenden Kanäle 20 ausgeformt. Da der Stator 2 hierbei neben einem gegenüber dem Gehäuseinnendurchmesser deutlich geringeren Statordurchmesser 8 auch eine gegenüber der Gehäuselänge deutlich geringere Statorlänge 9 aufweist, wurde der Teil des axial nicht durch den Stator 2 überdeckten Gehäuseinnenraums 5 des Gehäuses 3 beim Fügen nicht vollständig mit dem Vergussmaterial 7 vergossen, womit über diesen nicht vollständig vergossenen Teil der Gehäusenutzraum 10 vorgehalten wird. Der Statordurchmesser 8 und die Statorlänge 9 sind dabei im Detail in 2 aufgezeigt. Zur Minimierung des sich ergebenden Volumens der elektrischen Maschine 1 wurden zudem regelmäßig außerhalb des Gehäuses 3 anzuordnende Komponenten im Gehäusenutzraum 10 angeordnet. Dies betrifft in dieser Weiterbildung das Lager 17 für den im Stator 2 angeordneten Rotor 19 der elektrischen Maschine 1 sowie das Getriebe 18 der elektrischen Maschine 1, welches mit dem Rotor 19 drehfest verbunden ist.
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Im Rahmen einer Weiterbildung des Verfahrens ist ferner vorgesehen, dass zur Herstellung von elektrischen Maschinen 1 unterschiedlicher Leistungsklassen, wie in 2 aufgezeigt, Statoren 2 sich voneinander unterscheidender baulicher Statorgrößen 4 mit dem Gehäuse 3 gefügt werden. Dabei wird die Statorgröße 4 durch eine durch die elektrische Maschine 1 aufzubringende Sollleistung bestimmt. Die sich unterscheidenden Statorgrößen 4 ergeben sich dabei aus unterschiedlichen Statordurchmessern 8a, 8b, 8c und/oder unterschiedlichen Statorlängen 9a, 9b, 9c des Stators 2, wobei diese Statorgrößen 4 in der Weiterbildung der 2 zueinander abgestuft zur Verfügung gestellt werden. So sind hierbei Statoren 2 mit je drei Abstufungen des Statordurchmessers 8a, 8b, 8c und der Statorlänge 9a, 9b, 9c und somit neun Abstufungen der Statorgröße 4 bereitgestellt, welche in dem einen - einzigen - Gehäuse 3 gefügt werden können. So kann unter der Minimierung der Vielfalt an Gehäusen und Statoren und der damit verbundenen Kostenminimierung die Herstellung von elektrischen Maschinen 1 neun unterschiedlicher Leistungsklassen ermöglicht werden.
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3a bis 3c zeigen nochmals exemplarisch das Fügen des in 3a aufgezeigten Gehäuses 3 mit einem in 3b dargestellten Stator 2, wobei die drei Statoren 2 wiederum sich voneinander unterscheidende Statorgrößen 4 aufweisen. Nach der Bestimmung der Sollleistung der in 3c aufgezeigten elektrischen Maschine 1 wird der mit dieser Sollleistung korrelierende Stator 2 über das Vergussmaterial 7 mit dem Gehäuse 3 vergossen.
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Die hierbei in den Weiterbildungen der 1 bis 3c zum Fügen eines Stators 2 mit einem Gehäuse 3 durch Vergießen mit dem Vergussmaterial 7 angewandte Vorgehensweise ist zudem 4 zu entnehmen. Zur Formgebung des Vergussmaterials 7 werden an die axialen Stirnseiten des Gehäuses 3 die beiden Formwerkzeuge 21, 22 angesetzt, über welche der Stator 2 mittig im Gehäuse 3 gehaltert und der Gehäuseinnenraum 5 des Gehäuses 3 verschlossen wird. Denkbar ist ferner auch die Halterung über eine nicht näher dargestellte Haltevorrichtung. Das Formwerkzeug 22 ragt hierbei einseitig in den Gehäuseinnenraum 5 hinein und überdeckt dabei in axiale Richtung den Teil des Gehäuseinnenraums 5, welcher nicht durch den Stator 2 selbst überdeckt wird. Radial liegt in einem randnahen Bereich des Gehäuseinnenraums 5 hingegen keine Überdeckung durch das Formwerkzeug 22 vor. Zum Fügen des Stators 2 mit dem Gehäuse 3 wird, wie bereits erwähnt, der Freiraum 6 zwischen Stator 2 und Gehäuse 3 sowie der nicht durch das Formwerkzeug 22 überdeckte, randnahe Bereich mit dem Vergussmaterial 7 vergossen. So wird über das Formwerkzeug 22 der in 1 aufgezeigte Gehäusenutzraum 10 vorgehalten. Die ebenfalls bereits aus 1 bekannten Kanäle 20 werden über die am Formwerkzeug 21 ausgebildeten stabförmigen Kerne oder Stäbe 23 ausgeformt, welche zudem im Formwerkzeug 22 gelagert sind. Dies, um beim Vergießen eine Formstabilität der Stäbe 23 gewährleisten zu können. Neben den den gesamten Freiraum 6 durchlaufenden Stäben 23 sind sowohl am Formwerkzeug 21 als auch am Formwerkzeug 22 verkürzte Stäbe 24 ausgebildet, über welche beim Vergießen Teilkanäle 14 ausgeformt werden.
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Hierbei ist auszuführen, dass die Kanäle 20 in den Weiterbildungen der 4 bis 6 Kühlkanäle 13 ausbilden, über welche im Betrieb der elektrischen Maschine 1 eine Kühlung dieser erfolgt. Die Teilkanäle 14 sind dabei Bestandteil eines zu der an der Außenseite des Gehäuses 3 angeordneten und in 6 aufgezeigten Elektronikeinheit 25 benachbart verlaufenden Kühlkanals 13. Hierbei wird zur Vereinfachung der Kühlung der Elektronikeinheit 25, wie der 5 zu entnehmen ist, beim Fügen und somit dem Vergießen des Stators 2 mit dem Gehäuse 3 über das Vergussmaterial 7 zudem der Kühlmittelzulauf 11 sowie der Kühlmittelablauf 12 ausgeformt, welche das Gehäuse 3 radial durchlaufen und mit dem über die Teilkanäle 14 unterbrochen ausgeführten Kühlkanal 13 fluiddurchlässig verbunden ausgeformt werden. Dabei ist jeweils ein Ende der Teilkanäle 14 mit dem Kühlmittelzulauf 11 und dem Kühlmittelablauf 12 verbunden. Zur Formgebung des Kühlmittelzulaufs 11 und des Kühlmittelablaufs 12 wird dabei das Formwerkzeug 16 verwendet, welches grundsätzlich in axiale Richtung verschiebbar ist. So können der Kühlmittelzulauf 11 sowie der Kühlmittelablauf 12 an einer für eine spezifische Elektronikeinheit 25 notwendigen Position entlang der axialen Richtung des Gehäuses 3 ausgeformt werden. 6 zeigt hierbei eine nach einer Weiterbildung des Verfahrens hergestellte elektrische Maschine 1.
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Neben der Anbindung an einen unterbrochenen Kühlkanal 13 ist ferner denkbar, dass der Kühlmittelablauf 12 über das ein verschiebbares Formstück aufweisende und in 5 dargestellte Formwerkzeug 16 mit einem durchgehenden, ununterbrochenen Kühlkanal 13 fluiddurchlässig verbunden ausgeformt wird, wobei über das Formstück der gewinkelte Verbindungskanal 15 ausgeformt wird. Dies wird hierbei durch 7 näher verdeutlicht.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- elektrische Maschine
- 2
- Stator
- 3
- Gehäuse
- 4
- Statorgröße
- 5
- Gehäuseinnenraum
- 6
- Freiraum
- 7
- Vergussmaterial
- 8a, 8b, 8c
- Statordurchmesser
- 9a, 9b, 9c
- Statorlänge
- 10
- Gehäusenutzraum
- 11
- Kühlmittelzulauf
- 12
- Kühlmittelablauf
- 13
- Kühlkanäle
- 14
- Teilkanäle
- 15
- Verbindungskanal
- 16
- Formwerkzeug
- 17
- Lager
- 18
- Getriebe
- 19
- Rotor
- 20
- Kanal
- 21
- Formwerkzeug
- 22
- Formwerkzeug
- 23
- Stab
- 24
- Stab
- 25
- Elektronikeinheit
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- WO 2015028073 A1 [0004]
- DE 19651959 A1 [0006]
- EP 3670136 A1 [0008]
- EP 3525324 A1 [0009]
- US 20180294749 A1 [0011]
- DE 102010049151 A1 [0012]
