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Die Erfindung betrifft einen Gehäuseflansch für ein Elektromotorgehäuse eines Elektromotors, insbesondere für ein Flugzeugtriebwerk gemäß den Merkmalen des Oberbegriffs des Anspruchs 1, eine Anordnung umfassend einen Gehäuseflansch und Statorzähne gemäß den Merkmalen des Oberbegriffs des Anspruchs 10 sowie ein Verfahren zur Fertigung eines Gehäuseflansches gemäß den Merkmalen des Oberbegriffs des Anspruchs 12.
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Elektromotoren umfassen einen Stator und einen Rotor. Der Rotor des Elektromotors ist dabei an einer Rotorwelle angeordnet. Während des Betriebs des Elektromotors rotiert der Rotor des Elektromotors und das in dem Rotor induzierte Drehmoment wird über die Rotorwelle an ein Getriebe übertragen. Der Rotor des Elektromotors ist in dem Stator des Elektromotors gelagert. Der Stator kann Statorzähne aufweisen, an welchen Magneten des Stators angeordnet sein können. Um den Elektromotor in einer Struktur lagern zu können, ist es vorgesehen, dass der Stator mit einem Elektromotorgehäuse verbunden ist. Das Elektromotorgehäuse weist einen Gehäuseflansch auf, welcher mechanisch mit der Struktur verbunden ist. Der Gehäuseflansch ist dabei ein Teil des Elektromotorgehäuses, welches einer maximalen Belastung ausgesetzt ist. Aus diesem Grund ist der Gehäuseflansch für Elektromotoren im Megawatt- und Gigawattbereich aus geschmiedeten Legierungen gefertigt. In diesem Leistungsbereich kann es erforderlich sein, das Elektromotorgehäuse und/oder den Stator des Elektromotors durch eine Zuleitung von Kühlmittel zu kühlen. Das Kühlmittel kann beispielsweise durch das Elektromotorgehäuse geführt werden. Zu diesem Zweck können in den Gehäuseflansch Kühlmittelkanäle angeordnet sein, welche das Kühlmittel in das Elektromotorgehäuse einleiten und aus dem Elektromotorgehäuse ausleiten können. Im direkten Kontakt mit dem Elektromotorgehäuse befinden sich Spulen die sich im Betrieb stark erwärmen. Diese Wärme muss schnell und effizient durch die Kühlung im Elektromotorgehäuse von diesen Spulen abgeleitet werden um den Wirkungsgrad zu erhöhen und Übertemperatur, Leistungsverlust und Beschädigungen zu vermeiden. Der Rotor im Inneren des Elektromotors besitzt Stator Zähne aus Elektroblechen und Permanentmagneten. In Rotation ist der Rotor durch einen sehr feinen Luftspalt von den Spulen und Stator Zähnen des Gehäuses getrennt. Dieser Luftspalt definiert die Verluste und ist sehr eng und konstant zu halten. Dies kann nur durch eine kontrollierte „Kühlung erreicht werden, welche auf‟ die Wärmedehnungen der Komponenten abgestimmt ist bzw. darauf reagiert und davon gesteuert wird.
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Die durch die Kühlmittelkanäle gebildete Kühlkanalstruktur kann jedoch eine Komplexität erfordern, welche sich nicht mittels geschmiedeten Gehäuseflanschen verwirklichen lässt. Eine Verwendung geschmiedeter Legierungen ist jedoch erforderlich, um die mechanischen Anforderungen, welche an den Gehäuseflansch gestellt sind, erfüllen zu können. Eine Verwendung einfacherer Kühlkanalstrukturen würde die Kühlleistung verringern, wodurch die Leistungsdichte des Elektromotors reduziert wäre.
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Aus dem Stand der Technik ist es bekannt, geometrisch komplexe Strukturen mittels additiver Fertigungsverfahren zu fertigen.
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Die
EP 3 580 434 A1 offenbart Teile und Verfahren zur Herstellung von Teilen unter Verwendung additiver Fertigungsverfahren. Das Verfahren offenbart eine Anwendung eines additiven Fertigungsverfahrens auf einem Basissubstrat eines Bauteils. Dabei kann ein ringförmiges Teil des Bauteils additiv auf einem Basisteil des Bauteils aufgetragen werden. Der ringförmige Teil des Bauteils kann so geformt sein, dass er andere Materialeigenschaften aufweist als das Basisteil des Bauteils
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In der
US 2016/0010469 A1 ist ein Verfahren zur Fertigung eines Rotors offenbart. Das Verfahren zur Herstellung des Rotors umfasst eine Fertigung einer Nabe mit einem konventionellen Herstellungsverfahren und die Anfertigung eines Schaufelblatts auf der Nabe mittels eines schichtweisen additiven Herstellungsverfahrens.
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Die
EP 2 772 329 A1 offenbart ein Verfahren zur Fertigung eines hybriden Bauteils. In dem Verfahren ist es vorgesehen, dass ein Vorformling als erstes Teil des hybriden Bauteils gefertigt wird. Auf dem Vorformling wird durch sukzessives Aufbauen ein zweites Teil des Bauteils aus einem metallischen Pulverwerkstoff auf diesem Vorformling mittels eines additiven Fertigungsverfahrens aufgetragen.
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In der
EP 3 840 197 A1 ist ein Verfahren zur Herstellung eines Rotors für einen Generator beschrieben. In dem Verfahren ist es vorgesehen mindestens einen Teil einer Rotorwelle durch ein dreidimensionales 3-D Druckverfahren zu fertigen. Der Schritt des Druckens eines Rotorkerns umfasst das Drucken einer Vielzahl von Flüssigkühlmittelleitungen, die sich durch den Rotorkern erstrecken.
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Die
EP 3 654 501 A1 offenbart ein additiv geformtes Rotorbauteil für eine elektrische Maschine und ein Verfahren zur Fertigung des additiv geformten Rotorbauteils. Das geformte Rotorbauteil kann eine Rotoranordnung oder eine Rotorwelle umfassen. Ein erster Teil der Rotorwelle kann beispielsweise mittels additiver Fertigungsverfahren gedruckt sein. Ein zweiter Teil der Rotorwelle kann mittig innerhalb eines Rotorkerns ausgebildet sein. Kühlrohre können durch Teile des Rotorkerns hindurch einheitlich ausgebildet sein. Die Kühlrohre können durch additive Fertigung in jede Schicht des Rotorkerns gedruckt werden. Die Kühlrohre können Kühllöcher definieren.
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Additiv gefertigte Bauteile ermöglichen zwar geometrisch komplexe Strukturen, erfüllen jedoch nicht die besagten mechanischen Anforderungen, welche an den Gehäuseflansch gestellt sind.
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Es ist eine Aufgabe der Erfindung, einen Gehäuseflansch für ein Elektromotorgehäuse eines Elektromotors bereitzustellen, welcher eine erforderliche Kühlung des Elektromotorgehäuses und/oder eines Stators des Elektromotors ermöglicht und gleichzeitig eine erforderliche Stabilität zur Übertragung eines vorbestimmten Drehmoments von dem Elektromotorgehäuse auf eine Struktur aufweist.
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Die Aufgabe wird erfindungsgemäß durch einen Gehäuseflansch für ein Elektromotorgehäuse eines Elektromotors, insbesondere für ein Flugzeugtriebwerk gemäß den Merkmalen des Anspruchs 1, eine Anordnung umfassend einen Gehäuseflansch und Statorzähne gemäß den Merkmalen des Anspruchs 10 sowie ein Verfahren zur Fertigung eines Gehäuseflansches gemäß den Merkmalen des Anspruchs 12 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen mit zweckmäßigen Weiterbildungen der Erfindung sind in den jeweiligen Unteransprüchen angegeben, wobei vorteilhafte Ausgestaltungen jedes Erfindungsaspekts als vorteilhafte Ausgestaltungen der jeweils anderen Erfindungsaspekte anzusehen sind.
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Ein erster Aspekt der Erfindung betrifft einen Gehäuseflansch für ein Elektromotorgehäuse eines Elektromotors, insbesondere für ein Flugzeugtriebwerk. Mit anderen Worten ist der Gehäuseflansch zur Anwendung in einem Elektromotorgehäuse eines Elektromotors vorgesehen. Bei dem Elektromotor handelt es sich insbesondere um einen Elektromotor eines Flugzeugtriebwerks. Es ist vorgesehen, dass der Gehäuseflansch eine geschmiedete und/oder gegossene runde Grundplatte umfasst. Mit anderen Worten ist die Grundplatte durch ein Gussverfahren oder durch ein Schmiedeverfahren gefertigt. Die Grundplatte ist zur Anbindung an eine Struktur, insbesondere an eine Flugzeugstruktur zur Kraftübertragung und/oder zur Drehmomentübertragung vorgesehen. Mit anderen Worten ist die Grundplatte dazu vorgesehen, den Drehmoment des Gehäuseflansches an die Flugzeugstruktur zu übertragen. Die Grundplatte weist in ihrem Zentrum eine Durchgangsöffnung zur Durchführung einer Welle eines Rotors des Elektromotors auf. Mit anderen Worten ist die Grundplatte rund, wobei sich in einem Zentrum der Grundplatte die Durchgangsöffnung befindet, durch welche die Welle des Rotors des Elektromotors geführt wird. Es ist vorgesehen, dass an einer ersten Grundplattenhauptfläche der Grundplatte ein zumindest bereichsweise additiv gefertigter Gehäusekühlmittelverteilungskörper angeordnet ist. Der Gehäusekühlmittelverteilungskörper kann in Bezug auf sein Volumen oder seine Masse einen additiv gefertigten Anteil von mindestens 80% aufweisen. Der Gehäusekühlmittelverteilungskörper kann insbesondere vollständig additiv gefertigt sein. Mit anderen Worten weist der Gehäuseflansch die Grundplatte und den zumindest bereichsweise additiv gefertigten Gehäusekühlmittelverteilungskörper auf, welche miteinander stoffschlüssig verbunden sind. Der Gehäusekühlmittelverteilungskörper ist als Hohlzylinder ausgebildet, dessen Zylinderachse zentriert zur Durchgangsöffnung ausgerichtet ist. Mit anderen Worten weist der Gehäusekühlmittelverteilungskörper eine Form eines Hohlzylinders auf, welcher an der Grundplatte angeordnet ist. Die Zylinderachse des Hohlzylinders ist dabei so ausgerichtet, dass diese durch die Durchgangsöffnung der Grundplatte verläuft. Es ist vorgesehen, dass der Gehäusekühlmittelverteilungskörper einen oder mehrere Kühlmittelkanäle zur Durchleitung eines Kühlmittels umfasst. Mit anderen Worten ist der Kühlmittelverteilungskörper derart gebildet, dass der Kühlmittelkanal oder mehrere der Kühlmittelkanäle durch den Kühlmittelverteilungskörper verlaufen, welche es ermöglichen, das Kühlmittel durch den Gehäusekühlmittelverteilungskörper zu leiten, um das Elektromotorgehäuse zu kühlen und/oder das Kühlmittel in den Stator des Elektromotors zu leiten.
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Dadurch, dass der Gehäuseflansch die Grundplatte und den Gehäusekühlmittelverteilungskörper aufweist, welche durch unterschiedliche Verfahren gefertigt sind, ist es möglich, eine komplexe Kühlmittelkanalstruktur zur Kühlung des Elektromotorgehäuses bereitzustellen und gleichzeitig die mechanischen Vorgaben an den Gehäuseflansch zu erfüllen. Dies wird dadurch sichergestellt, dass der mechanisch am stärksten belastete Teil des Elektromotorgehäuses als geschmiedete Grundplatte ausgeführt ist, welche die erforderliche mechanische Stabilität bereitstellt. Der Bereich des Gehäusekühlmittelverteilungskörpers ist dabei ein Teil des Gehäuseflansches, welcher einer geringeren mechanischen Belastung ausgesetzt ist. Aus diesem Grund ist es nicht erforderlich, diesen Bereich des Gehäuseflansches als geschmiedetes Bauteil bereitzustellen. Es ist somit möglich, den Gehäusekühlmittelverteilungskörper als additiv gefertigtes Element bereitzustellen, welches eine Bereitstellung einer komplexen Kühlmittelkanalstruktur ermöglicht.
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Die Erfindung umfasst auch Weiterbildungen, durch die sich weitere Vorteile ergeben.
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Eine Weiterbildung der Erfindung sieht vor, dass die Grundplatte eine Aluminiumlegierung, insbesondere eine AlSi10Mg-Legierung oder eine Titanlegierung, insbesondere eine Ti64 -Legierung umfasst oder daraus besteht. Mit anderen Worten weist die Grundplatte die Aluminiumlegierung auf, welche beispielsweise zwischen 9 und 11 Gew.% Silizium, 0,45 bis 0,9 Gew.% Eisen, 0,08 Gew.% Kupfer, 0,55 Gew.% Mangan und zwischen 0,25 bis 0,50 Gew.% Magnesium aufweisen kann. Die Aluminiumlegierung kann auch zwischen 9 und 11 Gew.% Silizium, 0,20 bis 0,50 Gew.% Magnesium, höchstens 0,9 Gew.% Eisen, höchstens 0,55 Gew.% Mangan, und höchstens 0,1 Gew.% Kupfer aufweisen. Die Grundplatte weist zusätzlich oder alternativ dazu eine Titanlegierung, insbesondere Ti64 auf oder besteht aus dieser. Die Titanlegierung kann beispielsweise Titan als Hauptbestandteil, zwischen 5,5 und 6,75 Gew.% Aluminium, 3,5 bis 4,5 Gew.% Vanadium, höchstens 0,4 Gew.% Eisen, höchstens 0,2 Gew.% Sauerstoff, höchstens 0,08 Gew.% Kohlenstoff, höchstens 0,05 Gew.% Stickstoff, und höchstens 0,015 Gew.% Wasserstoff aufweisen. Durch die Verwendung der besagten Aluminiumlegierung ergibt sich der Vorteil, dass eine Legierung für komplexe Gussteile verwendet wird, welche eine relativ hohe dynamische Belastbarkeit aufweist, und somit besonders für Elektromotoren geeignet ist.
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Eine Weiterbildung der Erfindung sieht vor, dass der Gehäusekühlmittelverteilungskörper eine Al-Si10Mg -Legierung umfasst.
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Eine Weiterbildung der Erfindung sieht vor, dass der Gehäusekühlmittelverteilungskörper additiv gefertigt ist, insbesondere mit einem Pulverbettverfahren auf der Grundplatte aufgetragen ist. Die additive Fertigung kann insbesondere insbesondere durch selective laser melting, SLM oder elektronenstrahlschmelzen EBM erfolgt sein. Dies ist insbesondere bei einer Auftragung von Titanlegierungen vorteilhaft. Mit anderen Worten ist es vorgesehen, dass der Gehäusekühlmittelverteilungskörper mittels des Pulverbettverfahrens auf der Grundplatte aufgetragen ist. Es kann beispielsweise vorgesehen sein, dass die Grundplatte nach einem Guss und einer Wärmebehandlung in einer additiven Fertigungsanlage eingesetzt ist, wobei ein Materialauftrag nach dem Pulverbettverfahren auf der Grundplatte erfolgt ist, um den Gehäusekühlmittelverteilungskörper zu fertigen.
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Eine Weiterbildung der Erfindung sieht vor, dass zumindest einige der Kühlmittelkanäle fluidisch mit zumindest einem Kühlkanal der Grundplatte verbunden sind. Mit anderen Worten weist die Grundplatte einen oder mehrere Kühlkanäle auf, wobei der zumindest eine Kühlkanal der Grundplatte fluidisch mit zumindest einigen der Kühlmittelkanäle des Gehäusekühlmittelverteilungskörpers verbunden ist. Mit anderen Worten ist es möglich, das Kühlmittel durch einen Kühlkanal des Gehäuseflansches zu leiten, welcher sich aus einem Kühlmittelkanal des Gehäusekühlmittelverteilungskörpers und einem Kühlkanal der Grundplatte zusammensetzt.
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Eine Weiterbildung der Erfindung sieht vor, dass der Gehäusekühlmittelverteilungskörper eine Versteifungsstruktur umfasst. Die Versteifungsstruktur kann beispielsweise in Form eines Fachwerkes aus Stäbchen, oder Platten oder Stegen oder Gyroid-Strukturen ausgebildet sein. Mit anderen Worten ist der Gehäusekühlmittelverteilungskörper zumindest bereichsweise als Versteifungsstruktur ausgebildet. Bei der Versteifungsstruktur kann es sich um eine dreidimensionale Struktur handeln, in welcher das Material des Gehäusekühlmittelverteilungskörpers gefertigt ist, wobei die Struktur Hohlräume umfasst, um ein Gewicht des Gehäusekühlmittelverteilungskörpers zu reduzieren. Die Versteifungsstruktur ist dabei so ausgeführt, dass eine Steifigkeit des Gehäusekühlmittelverteilungskörpers erhöht wird und gleichzeitig das Gewicht des Gehäusekühlmittelverteilungskörpers reduziert wird. Dadurch ergibt sich der Vorteil, dass die mechanische Stabilität des Gehäusekühlmittelverteilungskörpers erhöht werden kann.
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Eine Weiterbildung der Erfindung sieht vor, dass der Kühlmittelkanal oder die mehreren Kühlmittelkanäle entlang einer Mäanderstruktur und/oder einer Kurvenstruktur verlaufen. Mit anderen Worten ist der Gehäusekühlmittelverteilungskörper derart strukturiert, dass der Verlauf des Kühlmittelkanals oder der mehreren Kühlmittelkanäle eine Mäanderstruktur und/oder eine Kurvenstruktur aufweist. Die Kurvenstruktur und/oder die Mäanderstruktur kann dabei entlang einer Umlaufrichtung einer Radialrichtung oder einer Höhenrichtung ausgebildet sein. Insbesondere können der Kühlmittelkanal oder die mehreren Kühlmittelkanäle mäanderformig entlang einer Kurve oder einem Kreisbogen verlaufen. Durch die Weiterbildung ergibt sich der Vorteil, dass eine Kontaktfläche der Kanäle mit Material des Kühlmittelverteilungskörpers erhöht werden kann.
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Eine Weiterbildung der Erfindung sieht vor, dass der Kühlmittelkanal oder die mehreren Kühlmittelkanäle mit Öffnungen an einer Innenseite und/oder einer Außenseite des Hohlzylinders fluidisch verbunden sind. Mit anderen Worten weist der Gehäusekühlmittelverteilungskörper an einer Außenmantelfläche und/oder einer Innenmantelfläche eine oder mehrere Öffnungen auf, welche fluidisch mit dem Kühlmittelkanal oder den mehreren der Kühlmittelkanäle verbunden sind. Durch die Weiterbildung ergibt sich der Vorteil, dass beispielsweise eine Zuleitung des Kühlmittels in Kühlmittelkanäle eines Statorzahns geleitet werden kann. Dadurch ergibt sich der Vorteil, dass eine Kühlung des Stators über eine Zuleitung des Kühlmittels in den Stator ermöglicht ist.
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Eine Weiterbildung der Erfindung sieht vor, dass die Grundplatte an einer der ersten Grundplattenhauptfläche gegenüberliegenden, zweiten Grundplattenhauptfläche der Grundplatte eine Verbindungseinrichtung zum Verbinden des Gehäuseflansches mit einer Struktur, insbesondere einer Flugzeugstruktur, aufweist. Mit anderen Worten weist die Grundplatte die Verbindungseinrichtung auf, die dazu vorgesehen ist, eine Verbindung des Gehäuseflansches über die Grundplatte mit der Struktur zu ermöglichen. Bei der Verbindungseinrichtung kann es sich beispielsweise um Durchgangsöffnungen und/oder Gewinde handeln, welche eine mechanische Verbindung der Grundplatte mit der Struktur ermöglichen.
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Ein zweiter Aspekt der Erfindung betrifft eine Anordnung, welche einen Gehäuseflansch und einen Stator umfasst. Es ist vorgesehen, dass der Stator zumindest teilweise durch den Hohlzylinder umschlossen ist, wobei Statorzähne des Stators an einer Innenwand des Hohlzylinders angeordnet sind. Durch die Erfindung ergibt sich der Vorteil, dass Wärme von den Statorzähnen über den Gehäuseflansch abgeführt werden kann. Dadurch kann eine Effizienz des Elektromotors erhöht werden.
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Eine Weiterbildung der Erfindung sieht vor, dass der Kühlmittelkanal oder die mehreren der Kühlmittelkanäle des Gehäusekühlmittelverteilungskörpers fluidisch mit Kühlmittelkanälen des Stators, insbesondere der Statorzähne, verbunden sind. Durch die Weiterbildung ergibt sich der Vorteil, dass eine Leitung des Kühlmittels durch die Statorzähne ermöglicht wird.
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Weitere Merkmale und deren Vorteile sind den Beschreibungen des ersten Erfindungsaspekts zu entnehmen.
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Ein dritter Aspekt der Erfindung betrifft ein Verfahren zur Fertigung eines Gehäuseflansches für ein Elektromotorgehäuse eines Elektromotors, insbesondere für ein Flugzeugtriebwerk. Es ist vorgesehen, dass auf einer runden Grundplatte nach einem additiven Fertigungsverfahren zumindest bereichsweise additiv ein Kühlmittelverteilungskörper aufgetragen wird. Es ist vorgesehen, dass die Grundplatte in ihrem Zentrum eine Durchgangsöffnung zur Durchführung einer Welle eines Rotors des Elektromotors umfasst. Der zumindest bereichsweise additiv gefertigte Kühlmittelverteilungskörper wird als Hohlzylinder auf der Grundplatte aufgetragen, wobei die Zylinderachse des Hohlzylinders zentriert zur Durchgangsöffnung ausgerichtet ist. Der Gehäusekühlmittelverteilungskörper wird so gefertigt, dass dieser einen oder die mehrere Kühlmittelkanäle zur Durchleitung eines Kühlmittels umfasst.
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Weitere Merkmale und deren Vorteile sind den Beschreibungen des ersten und des zweiten Erfindungsaspekts zu entnehmen.
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Weitere Merkmale der Erfindung ergeben sich aus den Ansprüchen, den Figuren und der Figurenbeschreibung. Die vorstehend in der Beschreibung genannten Merkmale und Merkmalskombinationen, sowie die nachfolgend in der Figurenbeschreibung genannten und/oder in den Figuren alleine gezeigten Merkmale und Merkmalskombinationen sind nicht nur in der jeweils angegebenen Kombination, sondern auch in anderen Kombinationen verwendbar, ohne den Rahmen der Erfindung zu verlassen. Es sind somit auch Ausführungen von der Erfindung als umfasst und offenbart anzusehen, die in den Figuren nicht explizit gezeigt und erläutert sind, jedoch durch separierte Merkmalskombinationen aus den erläuterten Ausführungen hervorgehen und erzeugbar sind. Es sind auch Ausführungen und Merkmalskombinationen als offenbart anzusehen, die somit nicht alle Merkmale eines ursprünglich formulierten unabhängigen Anspruchs aufweisen. Es sind darüber hinaus Ausführungen und Merkmalskombinationen, insbesondere durch die oben dargelegten Ausführungen, als offenbart anzusehen, die über die in den Rückbezügen der Ansprüche dargelegten Merkmalskombinationen hinausgehen oder von diesen abweichen. Dabei zeigt:
- 1 eine schematische Darstellung eines Gehäuseflansches für ein Elektromotorgehäuse eines Elektromotors;
- 2 eine schematische Darstellung einer Sicht auf eine mittels A-A gekennzeichneten Ebene der 1;
- 3 eine weitere schematische Darstellung einer Sicht auf eine mittels A-A gekennzeichneten Ebene der 1;
- 4 eine weitere schematische Darstellung einer Sicht auf eine mittels A-A gekennzeichneten Ebene der 1;
- 5 eine schematische Darstellung des Gehäuseflansches während des Fertigungsverfahrens in einem Pulverbett; und
- 6 eine schematische Darstellung eines Ablaufs eines Verfahrens zur Fertigung eines Gehäuseflansches.
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1 zeigt eine schematische Darstellung eines Gehäuseflansches 1 für ein Elektromotorgehäuse 2 eines Elektromotors 3. 1 zeigt den Gehäuseflansch 1 in einer Seitenansicht. Der Gehäuseflansch 1 weist eine Grundplatte 4 auf, welche geschmiedet oder gegossen sein kann. Die Grundplatte 4 kann beispielsweise aus einer Aluminiumlegierung - wie AlSi10Mg - bestehen. Die geschmiedete und/oder gegossene Grundplatte 4 kann rund sein und in ihrem Zentrum eine Durchgangsöffnung 5 , beispielsweise eine Bohrung, aufweisen, durch welche eine Welle 6 des Rotors 8 geführt sein kann. Die Durchgangsöffnung 5 kann zur Aufnahme eines Wellenlagers 7 vorgesehen sein. Auf einer ersten Grundplattenhauptfläche 9 der Grundplatte 4 kann ein Gehäusekühlmittelverteilungskörper 10 vorgesehen sein, der dazu vorgesehen sein kann, das Elektromotorgehäuse 2 zu kühlen. Der Gehäusekühlmittelverteilungskörper 10 kann aus einer Aluminiumlegierung bestehen und additiv auf der Grundplatte 4 aufgetragen sein, so dass die Grundplatte 4 und der Gehäusekühlmittelverteilungskörper 10 stoffschlüssig miteinander verbunden sein können. Der Gehäusekühlmittelverteilungskörper 10 kann als Hohlzylinder ausgebildet sein, dessen Zylinderachse 11 zentriert durch die Durchgangsöffnung 5 der Grundplatte 4 verlaufen kann. Der Hohlzylinder kann eine Innenmantelfläche 12 und eine Außenmantelfläche 13 aufweisen, welche sich an einem Innenradius 14 beziehungsweise einem Außenradius 15 befinden können. Der Außenradius 15 des Gehäusekühlmittelverteilungskörpers 10 kann mit einem Radius der Grundplatte 4 übereinstimmen. Der Gehäusekühlmittelverteilungskörper 10 kann einen Kühlmittelkanal 16 oder die mehrere der Kühlmittelkanäle 16 aufweisen, welche dazu vorgesehen sein können, ein Kühlmittel, welches zum Kühlen des Gehäuseflansches 1 vorgesehen sein kann, zu leiten. Der Kühlmittelkanal 16 oder die mehreren Kühlmittelkanäle 16 können aufgrund der additiven Fertigung des Gehäusekühlmittelverteilungskörpers 10 eine komplexe Kühlmittelkanalstruktur 17 aufweisen. Dadurch kann es möglich sein, eine Oberfläche des Kühlmittelkanals 16 oder der mehreren Kühlmittelkanäle 16 innerhalb des Gehäusekühlmittelverteilungskörpers 10 zu vergrößern, um eine effiziente Wärmeableitung durch ein Kühlmittel zu ermöglichen. Der Gehäusekühlmittelverteilungskörper 10 kann derart gefertigt sein, dass er eine Versteifungsstruktur 19 aufweist. Dabei kann es sich um eine zwei- oder dreidimensionale Struktur handeln, wodurch ein Gewicht des Gehäusekühlmittelverteilungskörpers 10 reduziert sein kann und zugleich eine Steifheit des Gehäusekühlmittelverteilungskörpers 10 vergrößert sein kann. Die Versteifungsstruktur 19 kann fluidisch von dem einen Kühlmittelkanal 16 oder den mehreren Kühlmittelkanälen 16 16 getrennt sein oder selber einen oder mehrere Kühlmittelkanäle 16 bereitstellen. Die Versteifungsstruktur 19 kann in Form eines Fachwerkes aus Stäbchen, und/oder Platten oder Stegen oder Gyroid-Strukturen ausgeführt sein. An einer zweiten Grundplattenhauptfläche 22 der Grundplatte 4, welche auf einer gegenüberliegenden Seite der Grundplatte 4 angeordnet sein kann, kann eine Verbindungseinrichtung 23 an der Grundplatte 4 bereitgestellt sein, welche eine mechanische Verbindung mit einer Struktur herstellen kann. Die Verbindungseinrichtung 23 kann beispielsweise Schraubengewinde umfassen, welche in die zweite Grundplattenhauptfläche 22 gebohrt sein können. Die Erfindung ermöglicht es bei großen Bauteilen, womit Elektromotoren 3 mit 40cm bis 100cm Durchmesser gemeint sein können, die Grundplatte 4 als Startplatte während des additiven Fertigungsverfahrens zu verwenden, auf welcher der Gehäusekühlmittelverteilungskörper 10 mit der dünnen oder dünnwändigen Kühlmittelkanalstruktur 17 aufgebaut werden kann. Dadurch kann der, Gehäuseflansch 1 Stabilität gegen einen Verzug erhalten und der vordere Krafteinleitungspunkt mechanisch stabil mit geeigneten Werkstoffdaten, insbesondere mit einer geeigneten Schmiedequalität, ausgelegt werden.
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2 zeigt eine schematische Darstellung einer Sicht auf die mittels A-A gekennzeichneten Ebene der 1. Zu erkennen ist die konzentrische Ausrichtung des Hohlzylinders um die Durchgangsöffnung 5 und ein Verlauf des Kühlmittelkanals 16 oder der mehreren Kühlmittelkanäle 16 und der Versteifungsstruktur 19. Die Innenmantelfläche 12 des Gehäusekühlmittelverteilungskörpers 10 kann dazu vorgesehen sein, Wärme von einem Stator 24, insbesondere von einem Statorzahn 25, abzuführen.
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3 zeigt eine weitere schematische Darstellung einer Sicht auf die mittels A-A gekennzeichneten Ebene der 1. Der Gehäusekühlmittelverteilungskörper 10 kann eine Kühlmittelkanalstruktur 17, welche einen mäanderförmigen Verlauf entlang einer Strukturverlaufsrichtung 18 aufweist, umfassen. Die Strukturverlaufsrichtung 18 verläuft dabei umläufig um den Hohlzylinder. Der Gehäusekühlmittelverteilungskörper 10 kann an der Innenmantelfläche 12 eine Öffnung 20 des Kühlmittelkanals 16 oder mehrere Öffnungen 20 der mehreren Kühlmittelkanäle 16 aufweisen. An den Öffnungen 20 können der oder die mehreren Kühlmittelkanäle 16 des Gehäusekühlmittelverteilungskörpers 10 mit einem oder mehreren Kühlmittelkanälen 26 eines Statorzahns 25 des Stators 24 verbunden sein. Dadurch ist es möglich, das Kühlmittel über den Gehäusekühlmittelverteilungskörper 10 in den Stator 24 und aus diesem heraus zu führen.
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4 zeigt eine weitere schematische Darstellung einer Sicht auf die mittels A-A gekennzeichneten Ebene der 1. Gezeigt ist eine Kühlmittelkanalstruktur 17, welche einen mäanderförmigen Verlauf entlang einer radial ausgerichteten Strukturverlaufsrichtung 18 aufweist. Die Kühlmittelkanalstruktur 17 kann beispielsweise aus dem einen Kühlmittelkanal 16 oder den mehreren Kühlmittelkanälen 16 bestehen und beispielsweise nur einen Zufluss und einen Abfluss umfassen und somit als ein Kries angedacht sein. Es kann aber von Vorteil sein, wenn mehrere separate, voneinander getrennte, Kühlkreise existieren, speziell bei großen Luftfahrt-Antriebs-Motoren. Dadurch kann das Kühlmedium an verschiedenen Positionen mit einer gleichen Temperatur eingebracht werden. Der Temperaturunterschied kann dadurch zwischen einem Einlass und einem Auslass geringer sein. Dadurch kann ein Wärmeverzug bei großen Motoren kleiner sein. Außerdem mehrere Kreise den Motor weiterkühlen und eine Grundlast des Motors könnte aufrechterhalten werden.
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5 zeigt eine schematische Darstellung des Gehäuseflansches 1 während des Fertigungsverfahrens in einem Pulverbett 27. Die Grundplatte 4 kann einen oder mehrere Kühlmittelkanäle 21 aufweisen, welche fluidisch mit dem oder den mehreren Kühlmittelkanälen 16 des Gehäusekühlmittelverteilungskörpers 10 verbunden werden sollen. Um eine formschlüssige und stoffschlüssige Verbindung zwischen der Grundplatte 4 und dem Kühlmittelverteilungskörper ermöglichen zu können, kann es vorgesehen sein, die Grundplatte 4 nach dem Guss- beziehungsweise Schmiedeverfahren in einem Pulverbett 27 anzuordnen. Um den Gehäusekühlmittelverteilungskörper 10 auf der Grundplatte 4 auftragen zu können, kann schichtweise Pulver auf die Grundplatte 4 aufgetragen und mittels eines Laserverfahrens geschmolzen werden. Durch das schichtweise Auftragen kann der Gehäusekühlmittelverteilungskörper 10 additiv gefertigt werden, wodurch feinere Strukturen der Kühlmittelkanäle 16 ermöglicht werden können. Der Anbindeflansch kann als Grundplatte 4 im additiven Fertigungsverfahren verwendet werden. Die Grundplatte 4 kann dem Gehäuseflansch 1 eine erforderliche Stabilität geben und kann auch der Krafteinleitungspunkt für Momente und Übertragung der Kräfte von Lager, Gehäuse und Struktur sein. Der Gehäusekühlmittelverteilungskörper 10 ist eine Funktionseinheit, welche eine Innenkühlung mittels des Kühlmittelkanals 16 oder der mehreren Kühlmittelkanäle 16 und dünnen Wandstärken ermöglicht. Der Gehäusekühlmittelverteilungskörper 10 kann additiv auf der Grundplatte 4 aufgebaut werden.
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6 zeigt eine schematische Darstellung eines Ablaufs eines Verfahrens zur Fertigung eines Gehäuseflansches 1. In einem ersten Schritt S1 kann es vorgesehen sein, dass eine Grundplatte 4 des Gehäuseflansches 1 durch ein Schmiede- oder ein Gussverfahren gefertigt wird. Die Grundplatte 4 kann aus einer Aluminiumlegierung bestehen.
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In einem zweiten Verfahrensschritt S2 kann es vorgesehen sein, den Gehäusekühlmittelverteilungskörper 10 auf der Grundplatte 4 mittels eines additiven Fertigungsverfahrens aufzutragen. Bei dem additiven Fertigungsverfahren kann es sich insbesondere um ein Pulverbettverfahren handeln, wobei abschnittsweise Pulver auf den Gehäuseflansch 1 aufgetragen und anschließend durch Laserstrahlen aufgeschmolzen wird.
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Bezugszeichenliste:
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- 1
- Gehäuseflansch
- 2
- Elektromotorgehäuse
- 3
- Elektromotors
- 4
- Grundplatte
- 5
- Durchgangsöffnung
- 6
- Welle
- 7
- Wellenlager
- 8
- Rotor
- 9
- erste Grundplattenhauptfläche
- 10
- Gehäusekühlmittelverteilungskörper
- 11
- Zylinderachse
- 12
- Innenmantelfläche
- 13
- Außenmantelfläche
- 14
- Innenradius
- 15
- Außenradius
- 16
- Kühlmittelkanal
- 17
- Kühlmittelkanalstruktur
- 18
- Strukturverlaufsrichtung
- 19
- Versteifungsstruktur
- 20
- Öffnungen der Kühlmittelkanäle
- 21
- Kühlmittelkanäle der Grundplatte
- 22
- zweite Grundplattenhauptfläche
- 23
- Verbindungseinrichtung
- 24
- Stator
- 25
- Statorzahn
- 26
- Kühlmittelkanäle des Stators
- 27
- Pulverbett
- S1-S2
- Verfahrensschritte
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- EP 3580434 A1 [0005]
- US 20160010469 A1 [0006]
- EP 2772329 A1 [0007]
- EP 3840197 A1 [0008]
- EP 3654501 A1 [0009]
