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Die vorliegende Erfindung betrifft eine Anordnung zum Kühlen eines Rotors einer elektrischen Maschine in einem Gehäuse, wobei eine den Rotor tragende Rotorwelle als Hohlwelle ausgeführt ist, in der eine koaxial verlaufende drehbare Abtriebswelle gelagert ist, sodass sich zwischen dem Innendurchmesser der Rotorwelle und dem Außendurchmesser der Abtriebswelle ein Radialspalt über die axiale Länge der Rotorwelle ergibt. Ferner betrifft die Erfindung ein elektrisch antreibbares Fahrzeug mit der Anordnung.
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Um beispielsweise Öl als Kühlmittel einer gehäuseseitigen Ölversorgung in einen Radialspalt zwischen einem sich drehenden Bauteil zu fördern, ist beispielsweise aus der Druckschrift
EP 1 914 452 A2 die Verwendung einer Drehdurchführung bekannt.
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Bei einer derartigen Drehdurchführung wird das Öl z. B. gehäuseseitig in einen Radialspalt gepumpt. Um hierbei die entgegenwirkende Fliehkraft des sich drehenden Bauteils überwinden zu können, sind zum einen eine Vielzahl von Dichtelementen und zum anderen ein hoher Betriebsdruck in der Ölversorgung erforderlich. Somit ergibt sich der Nachteil, dass die Drehdurchführung konstruktiv aufwendig und kostenintensiv ist.
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Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine eingangs beschriebene Anordnung und ein Fahrzeug mit der Anordnung vorzuschlagen, bei denen eine Ölförderung durch den Radialspalt konstruktiv einfach und kostengünstig realisiert wird.
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Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die Merkmale des Patentanspruchs 1 bzw. 8 gelöst. Vorteilhafte und beanspruchte Weiterbildungen ergeben sich aus den Unteransprüchen und der Beschreibung sowie den Zeichnungen.
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Demnach wird eine Anordnung zum Kühlen eines Rotors einer elektrischen Maschine in einem Gehäuse vorgeschlagen, wobei eine den Rotor tragende Rotorwelle als Hohlwelle ausgeführt ist, in der eine koaxial verlaufende drehbare Abtriebswelle gelagert ist, sodass sich zwischen dem Innendurchmesser der Rotorwelle und dem Außendurchmesser der Abtriebswelle ein Radialspalt über die axiale Länge der Rotorwelle ergibt. Eine effiziente Ölförderung durch den Radialspalt wird dadurch realisiert, dass einem ersten axialen Ende der Rotorwelle ein mit einer gehäuseseitigen Ölversorgung verbundener Öleinlass zur Ölzuführung in den Radialspalt zugeordnet ist und dass dem zweiten axialen Ende der Rotorwelle ein Ölauslass mit einer Ölfördergeometrie zugeordnet ist.
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Auf diese Weise wird durch die beanspruchte Anordnung eine vereinfachte Ölförderung zur Kühlung des Rotors bei koaxial zueinander angeordneter Rotorwelle und Abtriebswelle realisiert. Dadurch, dass die Ölfördergeometrie dem Ölauslass zugeordnet ist, wird in vorteilhafter Weise eine Förderung bzw. Ansaugung des in dem Radialspalt befindlichen Öls konstruktiv einfach und effizient gewährleistet. Die Beschleunigung des Öls im Bereich des Ölauslasses führt zum Abschleudern des Öls in radialer Richtung, um das Öl aus der Rotorwelle zu fördern. Durch den im Radialspalt entstehenden Unterdruck wird zudem Öl zur kontinuierlichen Kühlung des Rotors an dem Öleinlass angesaugt.
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Im Rahmen der Erfindung ist vorgesehen, dass die Ölfördergeometrie an dem Außendurchmesser der Abtriebswelle oder an dem Innendurchmesser der Rotorwelle im Bereich des Ölauslasses vorgesehen ist. Besonders bevorzugt ist die Ausführung der Ölfördergeometrie an dem Außendurchmesser der Abtriebswelle, da hierdurch eine besonders einfache und kostengünstige Herstellung der Ölfördergeometrie ermöglicht wird.
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Beispielsweise kann die Ölfördergeometrie als Schaufelstruktur oder dergleichen bei der vorgeschlagenen Anordnung ausgeführt werden. Es ist auch eine andere Geometrie möglich, die die Pumpeneigenschaften zur Förderung des Öls gewährleistet. Durch die Schaufelstruktur wird eine Funktionsweise analog zu einer Zentrifugalpumpe realisiert. Das Öl wird axial angesaugt und durch die Wellendrehung beschleunigt, wodurch zwischen den beiden Wellen ein Unterdruckgebiet entsteht, welches aus der drucklosen Ölversorgung frisches Kühlöl in den Radialspalt zwischen den Wellen saugt.
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Um eine Förderung des Öls unabhängig von der Drehrichtung der Rotorwelle bzw. der Abtriebswelle sicherzustellen, ist bei der vorgeschlagenen Anordnung vorgesehen, dass als Schaufelstruktur mehrere symmetrisch zueinander über den Umfang nebeneinander angeordnete von dem Innendurchmesser bzw. Innenumfang der Rotorwelle oder von dem Außendurchmesser bzw. Außenumfang der Abtriebswelle radial vorstehende Schaufelelemente oder dergleichen vorgesehen sind. Die z. B. gleichmäßig über den Umfang verteilt angeordneten Schaufelelemente sind aufgrund ihrer symmetrischen Anordnung quasi parallel zueinander angeordnet. Die Schaufelelemente weisen vorzugsweise keine Krümmung oder dergleichen auf, damit diese unabhängig von der Drehrichtung das Öl fördern. Es ist jedoch denkbar, dass zur weiteren Steigerung der Effizienz auch an die Strömung angepasste zum Beispiel unsymmetrisch verlaufende Schaufelformen verwendet werden.
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Zur Steigerung der Effizienz bei der vorgeschlagenen Anordnung ist vorgesehen, dass die radiale Höhe jedes Schaufelelements derart gewählt ist, dass ein minimaler radialer Spalt zwischen den Schaufelelementen und dem Innendurchmesser der Rotorwelle oder dem Außendurchmesser der Abtriebswelle vorgesehen ist. Durch einen möglichst minimalen Spalt in radialer Richtung zwischen der Schaufelstruktur und der Umfangstruktur der korrespondierenden Welle wird die Förderleistung weiter optim iert.
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Um eine konstruktiv einfach gestaltete Führung des Öls im Bereich des Ölauslasses bei der vorgeschlagenen Anordnung zu realisieren, ist vorgesehen, dass sich im Bereich der Ölfördergeometrie der Innendurchmesser der Rotorwelle und der Außendurchmesser der Abtriebswelle in axialer Richtung derart vergrößert, dass eine Führung des Öls aus dem Radialspalt nach radial außen in die gehäuseseitigen Ölversorgung vorgesehen ist.
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Um eine drucklose Ölzuführung zu gewährleisten und ein radiales Abschleudern des Öls am Öleinlass bei der vorgeschlagenen Anordnung zu vermeiden, ist als Öleinlass eine zumindest abschnittsweise ausgeführte Ummantelung der Abtriebswelle mit einem Zuführbereich in einen von der gehäuseseitigen Ölversorgung versorgten Stauraum oder dergleichen axial gesehen unmittelbar vor dem ersten axialen Ende der Rotorwelle vorgesehen. Durch die Ummantelung wird ein sofortiges Abschleudern des Öls verhindert und durch den vorgesehenen Stauraum wird eine drucklose Bereitstellung des Öls ermöglicht.
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Im Rahmen eines weiteren Aspekts der Erfindung wird ein Fahrzeug mit der vorbeschriebenen Anordnung beansprucht. Das Fahrzeug kann beispielsweise als Antrieb eine elektrische Maschine aufweisen, die mit der vorgeschlagenen Anordnung gekühlt wird. Somit ergeben sich die bereits beschriebenen und weitere Vorteile.
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Nachfolgend wird die vorliegende Erfindung anhand der Zeichnungen weiter erläutert
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Es zeigen:
- 1 eine schematische Schnittansicht einer möglichen Ausführung einer erfindungsgemäßen Anordnung zum Kühlen eines Rotors einer elektrischen Maschine in einem Gehäuse eines Fahrzeuges;
- 2 eine schematische dreidimensionale Teilansicht einer mit einer Ölfördergeometrie versehenen Abtriebswelle der Anordnung; und
- 3 eine schematische dreidimensionale Teilansicht der Anordnung im Bereich eines Öleinlasses.
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In den 1 bis 3 sind verschiedene Ansichten einer Anordnung zum Kühlen eines Rotors einer elektrischen Maschine in einem Gehäuse 1 eines Fahrzeuges 2 beispielhaft dargestellt.
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Die Anordnung weist eine den Rotor tragende Rotorwelle 3 auf, welche als Hohlwelle ausgeführt ist, in der eine koaxial verlaufende drehbare Abtriebswelle 4 gelagert ist, sodass sich zwischen dem Innendurchmesser 5 der Rotorwelle 3 und dem Außendurchmesser 6 der Abtriebswelle 4 ein Radialspalt 7 über die axiale Länge der Rotorwelle 3 ergibt, der zum Kühlen des Rotors verwendet wird.
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Um eine möglichst effiziente Ölförderung bei der vorgeschlagenen Anordnung zu realisieren, ist vorgesehen, dass einem ersten axialen Ende 8 der Rotorwelle 3 ein mit einer gehäuseseitigen Ölversorgung verbundener Öleinlass 9 zur Ölzuführung in den Radialspalt 7 zugeordnet ist und dass einem zweiten axialen Ende 10 der Rotorwelle 3 ein Ölauslass 11 mit einer Ölfördergeometrie zugeordnet ist.
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Als lediglich beispielhafte Ausführung der Anordnung ist in 1 und 2 die Ölfördergeometrie vorzugsweise an dem Außendurchmesser 6 der Abtriebswelle 4 im Bereich des Ölauslasses 11 vorgesehen. Die Ölfördergeometrie ist als Schaufelstruktur ausgeführt, die mehrere symmetrisch zueinander über den Umfang nebeneinander angeordnete von dem Außendurchmesser 6 der Abtriebswelle 4 radial vorstehende Schaufelelemente 12 aufweist.
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Somit wird eine Anregung der Strömung des Öls in Form einer einfachen Schaufelgeometrie auf der inneren Abtriebswelle 4 vorgesehen, um das Öl am Ölauslass zu beschleunigen und von der Abtriebswelle 4 ab zuschleudern, wodurch zwischen der Rotorwelle 3 und der Abtriebswelle 4 ein Unterdruck in dem Radialspalt 7 auftritt, um frisches Kühlöl durch den Öleinlass 9 in den Radialspalt 7 anzusaugen.
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Die Ölströmung aus dem Radialspalt 7 entlang der gerade, nicht gebogen verlaufenden Schaufelelemente 12 im Bereich des Ölauslasses 11 ist in 2 durch eine gepunktete Linie mit Pfeilen angedeutet.
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In 3 ist der Öleinlass im Bereich des ersten axialen Endes 8 der Rotorwelle 3 dargestellt. Als Öleinlass ist eine abschnittsweise ausgeführte Ummantelung 13 der Abtriebswelle 4 mit einem zum Beispiel hakenförmigen Zuführbereich 14 in einen von der gehäuseseitigen Ölversorgung mit Öl versorgten Stauraum 15 axial gesehen unmittelbar vor dem ersten axialen Ende 8 der Rotorwelle 3 vorgesehen, wobei die gehäuseseitige Ölversorgung nicht weiter dargestellt ist.
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Durch die Ummantelung bzw. Einhausung 13 der Abtriebswelle 4 wird verhindert, dass das zugeführte Öl sofort von der Abtriebswelle 4 ab geschleudert wird. Nur im oberen Bereich ist die Ummantelung 13 unterbrochen, um den Zuführbereich 14 vorzusehen. Der sich an den Zuführbereich 14 anschließenden Stauraum 15 dient zur drucklosen Ölbereitstellung bei der vorgeschlagenen Anordnung.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Gehäuse
- 2
- Fahrzeug
- 3
- Rotorwelle
- 4
- Abtriebswelle
- 5
- Innendurchmesser der Rotorwelle
- 6
- Außendurchmesser der Abtriebswelle
- 7
- Radialspalt zwischen Rotorwelle und Abtriebswelle
- 8
- erstes axiales Ende der Rotorwelle
- 9
- Öleinlass
- 10
- zweites axiales Ende der Rotorwelle
- 11
- Ölauslass
- 12
- Schaufelelement
- 13
- Ummantelung bzw. Einhausung
- 14
- Zuführbereich
- 15
- Stauraum
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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