DE102022203977A1

DE102022203977A1 - Assembly for an electrical machine

Info

Publication number: DE102022203977A1
Application number: DE102022203977.7A
Authority: DE
Inventors: Konrad Buettner; Thomas Schwarz; Ignacio Lobo Casanova
Original assignee: ZF Friedrichshafen AG
Current assignee: ZF Friedrichshafen AG
Priority date: 2022-04-25
Filing date: 2022-04-25
Publication date: 2023-10-26

Abstract

Baugruppe (1) für eine elektrische Maschine, insbesondere eine elektrische Maschine für ein Kraftfahrzeug, welche Baugruppe (1) einen Statorgrundkörper (2) und ein an einer Innenfläche (9) des Statorgrundkörpers (2) angeordnetes Spaltrohr (3) aufweist, das dazu ausgebildet ist, einen Statorraum (5) von einem Rotorraum (4) abzugrenzen, wobei das Spaltrohr (3) eine Verstärkungsschicht (6, 6') aufweist, die ein Harzmaterial aufweist, in das ein, insbesondere faserbasiertes, Strukturmaterial eingebettet ist, wobei das Spaltrohr (3) eine Barriereschicht (7, 7') aufweist, die dazu ausgebildet ist, den Statorraum (5) gegen den Rotorraum (4) abzudichten.Assembly (1) for an electrical machine, in particular an electrical machine for a motor vehicle, which assembly (1) has a stator base body (2) and a can (3) arranged on an inner surface (9) of the stator base body (2), which is designed for this purpose is to delimit a stator space (5) from a rotor space (4), the can (3) having a reinforcing layer (6, 6 ') which has a resin material in which a, in particular fiber-based, structural material is embedded, the can (3) has a barrier layer (7, 7') which is designed to seal the stator space (5) from the rotor space (4).

Description

Die Erfindung betrifft eine Baugruppe für eine elektrische Maschine, insbesondere eine elektrische Maschine für ein Kraftfahrzeug, welche Baugruppe einen Statorgrundkörper und ein an einer Innenfläche des Statorgrundkörpers angeordnetes Spaltrohr aufweist, das dazu ausgebildet ist, einen Statorraum von einem Rotorraum abzugrenzen, wobei das Spaltrohr eine Verstärkungsschicht aufweist, die ein Harzmaterial aufweist, in das ein, insbesondere faserbasiertes, Strukturmaterial eingebettet ist.The invention relates to an assembly for an electrical machine, in particular an electrical machine for a motor vehicle, which assembly has a stator base body and a can arranged on an inner surface of the stator base body, which is designed to delimit a stator space from a rotor space, the can having a reinforcing layer which has a resin material in which a, in particular fiber-based, structural material is embedded.

Derartige Baugruppen für elektrische Maschinen, beispielsweise elektrische Maschinen für Kraftfahrzeuge, sind grundsätzlich aus dem Stand der Technik bekannt. Die Baugruppe umfasst einen Statorgrundkörper, der zum Beispiel die Statorbleche des Stators und darin aufgenommene Statorkanäle umfasst. Der Statorgrundkörper weist eine Öffnung auf, die letztlich den Rotorraum definiert, in dem der Rotor der elektrischen Maschine angeordnet wird. Der Rotorraum ist über ein Spaltrohr an der Innenfläche der Öffnung des Statorgrundkörpers von dem Statorraum, beispielsweise der Bereich der Statorbleche, abgegrenzt.Such assemblies for electrical machines, for example electrical machines for motor vehicles, are generally known from the prior art. The assembly includes a stator base body, which includes, for example, the stator laminations of the stator and stator channels accommodated therein. The stator base body has an opening that ultimately defines the rotor space in which the rotor of the electrical machine is arranged. The rotor space is delimited from the stator space, for example the area of the stator laminations, via a can on the inner surface of the opening of the stator base body.

Da im Betrieb der elektrischen Maschine Wärme entsteht, die durch entsprechende Kühlkreisläufe abgeführt werden muss, ist es bekannt, dass der Statorraum und der Rotorraum gegeneinander abgedichtet werden müssen. Hierfür ist das Spaltrohr vorgesehen, das den Rotorraum von dem Statorraum abgrenzt, sodass sichergestellt ist, dass keine Fluidverbindung zwischen dem Rotorraum und dem Statorraum besteht, das bedeutet, dass Kühlfluid aus dem Statorraum nicht in den Rotorraum strömen kann und umgekehrt, sodass ein Auftreten von Kurzschlüssen ausgeschlossen ist. Das Spaltrohr ist beispielsweise aus einer Verstärkungsschicht aufgebaut, in die ein Strukturmaterial eingebettet ist. Die Verstärkungsschicht kann beispielsweise durch ein Fasermaterial wie Glas, Carbon, Aramid, Keramik oder dergleichen gebildet sein, welches in ein Harzmaterial eingebettet bzw. damit vergossen ist.Since heat is generated during operation of the electrical machine, which must be dissipated through appropriate cooling circuits, it is known that the stator space and the rotor space must be sealed from one another. For this purpose, the can is provided, which delimits the rotor space from the stator space, so that it is ensured that there is no fluid connection between the rotor space and the stator space, which means that cooling fluid cannot flow from the stator space into the rotor space and vice versa, so that an occurrence of Short circuits are excluded. The can is constructed, for example, from a reinforcing layer in which a structural material is embedded. The reinforcing layer can be formed, for example, by a fiber material such as glass, carbon, aramid, ceramic or the like, which is embedded in or cast with a resin material.

Wie beschrieben, dichtet das Spaltrohr im Betrieb der elektrischen Maschine den Rotorraum gegenüber dem Statorraum ab. Über den Betrieb der elektrischen Maschine hinweg können hohe thermische und mechanische Belastungen an dem Spaltrohr auftreten, sodass das Spaltrohr hinsichtlich seiner strukturellen Integrität beeinträchtigt werden könnte. Hierbei ist insbesondere zu vermeiden, dass sogenannte „Zwischenfaserbrüche“ auftreten, die eine Leckage zwischen dem Rotorraum und dem Statorraum zulassen würden. Bekannte Spaltrohre werden somit entsprechend ertüchtigt ausgelegt, um eine solche Leckage zu vermeiden. Dies verursacht jedoch zusätzlichen Material-, Kosten-, Gewichts- und Bauraumaufwand.As described, the can seals the rotor space from the stator space during operation of the electrical machine. During the operation of the electrical machine, high thermal and mechanical loads can occur on the can, so that the can's structural integrity could be impaired. In particular, it is important to avoid the occurrence of so-called “intermediate fiber breaks”, which would allow leakage between the rotor space and the stator space. Known cans are therefore designed to be suitably strengthened in order to avoid such a leak. However, this causes additional material, cost, weight and installation space requirements.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde eine demgegenüber verbesserte Baugruppe für eine elektrische Maschine anzugeben, bei der insbesondere die Abdichtung zwischen Rotorraum und Statorraum verbessert ist.The invention is based on the object of specifying an improved assembly for an electrical machine, in which in particular the seal between the rotor space and the stator space is improved.

Die Aufgabe wird durch eine Baugruppe mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen sind Gegenstand der Unteransprüche.The task is solved by an assembly with the features of claim 1. Advantageous refinements are the subject of the subclaims.

Wie beschrieben, betrifft die Erfindung eine Baugruppe für eine elektrische Maschine, die einen Statorgrundkörper und ein Spaltrohr aufweist, das an der Innenfläche des Statorgrundkörpers angeordnet ist. Als Innenfläche wird insbesondere diejenige Fläche des Statorgrundkörpers aufgefasst, die dem Rotorraum zugewandt ist. Die Innenfläche kann somit als Fläche innerhalb der Öffnung des Statorgrundkörpers verstanden werden, in welche Öffnung der Rotor eingebracht wird. Die Erfindung beruht auf der Erkenntnis, dass das Spaltrohr eine Barriereschicht aufweist, die dazu ausgebildet ist, den Statorraum gegen den Rotorraum abzudichten.As described, the invention relates to an assembly for an electrical machine which has a stator base body and a can which is arranged on the inner surface of the stator base body. The inner surface is considered in particular to be that surface of the stator base body that faces the rotor space. The inner surface can therefore be understood as the surface within the opening of the stator base body, into which opening the rotor is introduced. The invention is based on the knowledge that the can has a barrier layer which is designed to seal the stator space from the rotor space.

Die Barriereschicht stellt somit zusätzlich zu der Verstärkungsschicht und dem Strukturmaterial eine weitere, eigenständige Schicht in dem Spaltrohr bzw. an dem Spaltrohr dar, die den Rotorraum von dem Statorraum abgrenzt. Sollte das Strukturmaterial bzw. die Verstärkungsschicht versagen, beispielsweise in Form von Zwischenfaserbrüchen, kann dennoch keine Fluidverbindung zwischen Rotorraum und Statorraum hergestellt werden, da die Barriereschicht ein Austreten von Kühlmittel aus dem Statorraum in den Rotorraum und umgekehrt verhindert.The barrier layer therefore represents, in addition to the reinforcing layer and the structural material, a further, independent layer in the can or on the can, which delimits the rotor space from the stator space. Should the structural material or the reinforcing layer fail, for example in the form of intermediate fiber breaks, no fluid connection can be established between the rotor space and the stator space, since the barrier layer prevents coolant from escaping from the stator space into the rotor space and vice versa.

Dies bietet den Vorteil, dass das Spaltrohr an sich weniger stark ausgelegt werden muss, insbesondere die Verstärkungsschicht und das Strukturmaterial weniger ertüchtigt werden müssen, sodass selbst bei einem auftretenden Zwischenfaserbruch die Dichtigkeit zwischen Rotorraum und Statorraum durch die Barriereschicht gewährleistet bleibt. Die Barriereschicht kann dabei aus einem anderen Material bestehen bzw. wenigstens ein anderes Material aufweisen als das Strukturmaterial und das Harzmaterial der Verstärkungsschicht. Die Barriereschicht kann vorteilhafterweise besonders dünn ausgeführt werden, beispielsweise als Beschichtung oder als Folie, sodass gegenüber einer vergleichsweise dick ausgeführten Verstärkungsschicht bzw. dick ausgeführtem Strukturmaterial Bauraum, Gewicht, Kosten und Material, insbesondere in radialer Richtung, eingespart werden können.This offers the advantage that the can itself has to be designed to be less strong, in particular the reinforcing layer and the structural material have to be strengthened less, so that even if an intermediate fiber break occurs, the seal between the rotor space and the stator space is guaranteed by the barrier layer. The barrier layer can consist of a different material or have at least one different material than the structural material and the resin material of the reinforcing layer. The barrier layer can advantageously be made particularly thin, for example as a coating or as a film, so that installation space, weight, costs and material, particularly in the radial direction, can be saved compared to a comparatively thick reinforcing layer or thick structural material.

Das Spaltrohr kann somit auch als „hybrides Dichtelement“ bzw. als „Multimaterial-Liner“ oder „Hybrid-Liner“ für den Statorgrundkörper bezeichnet werden, da dieses zum einen das Faserverbundmaterial der Verstärkungsschicht und zudem die Barriereschicht aufweist, die zusätzlich zu dem in der Verstärkungsschicht bzw. dem Harzmaterial eingebetteten Strukturmaterial vorgesehen ist. Wie beschrieben, kann die Barriereschicht als Beschichtung, folienartig oder als Folie ausgeführt sein und an einer beliebigen Stelle des Spaltrohrs in oder an dem Spaltrohr angeordnet sein.The can can therefore also be referred to as a “hybrid sealing element” or as a “multi-material liner” or “hybrid liner” for the stator base body, since on the one hand it has the fiber composite material of the reinforcing layer and also the barrier layer, which is in addition to that in the Reinforcing layer or structural material embedded in the resin material is provided. As described, the barrier layer can be designed as a coating, film-like or as a film and can be arranged at any point in or on the can.

Nach einer Ausgestaltung der Baugruppe kann vorgesehen sein, dass die Barriereschicht radial innerhalb der Verstärkungsschicht angeordnet ist. Nach dieser Ausführung ist die Barriereschicht an der Innenseite des Spaltrohrs, also radial an derjenigen Seite des Spaltrohrs, die dem Rotorraum zugewandt und dem Statorraum abgewandt ist, angeordnet. Dadurch liegt die Barriereschicht an den Rotorraum angrenzend radial innerhalb des Spaltrohrs vor. Das Spaltrohr kann in Form eines an sich bekannten Prozesses in den Statorgrundkörper eingebracht werden, da die radial innenliegende Barriereschicht keine Veränderung des äußeren Aufbaus des Spaltrohrs erfordert. Die Verstärkungsschicht, das bedeutet, das Harzmaterial und das in dem Harzmaterial eingebettete Strukturmaterial, befindet sich somit in Radialrichtung zwischen der Barriereschicht und der Innenfläche des Statorgrundkörpers. Bei einer auftretenden Undichtigkeit der Verstärkungsschicht kann das Kühlmittel zwar aus dem Statorraum in die undichte Stelle in der Verstärkungsschicht eintreten, kann jedoch radial die Barriereschicht nicht passieren, sodass die Dichtigkeit durch die Barriereschicht selbst bei einem Zwischenfaserbruch oder einer anderweitigen mechanischen Beschädigung der Verstärkungsschicht aufrechterhalten bleibt.According to one embodiment of the assembly, it can be provided that the barrier layer is arranged radially within the reinforcing layer. According to this embodiment, the barrier layer is arranged on the inside of the can, i.e. radially on that side of the can that faces the rotor space and faces away from the stator space. As a result, the barrier layer is located radially inside the can adjacent to the rotor space. The can can be introduced into the stator base body in the form of a process known per se, since the radially inner barrier layer does not require any change in the external structure of the can. The reinforcing layer, that is, the resin material and the structural material embedded in the resin material, is thus located in the radial direction between the barrier layer and the inner surface of the stator base body. If a leak occurs in the reinforcement layer, the coolant can enter from the stator space into the leak in the reinforcement layer, but cannot pass radially through the barrier layer, so that the seal is maintained by the barrier layer even in the event of an intermediate fiber break or other mechanical damage to the reinforcement layer.

Nach einer weiteren Ausgestaltung der Baugruppe kann vorgesehen sein, dass die Barriereschicht oder eine weitere zusätzliche Barriereschicht radial außerhalb der Verstärkungsschicht angeordnet ist. Nach dieser Ausgestaltung kann die Barriereschicht zwischen der Innenfläche des Statorgrundkörpers und der Verstärkungsschicht angeordnet sein. Die Barriereschicht verhindert somit, dass Kühlmittel aus dem Statorraum radial nach innen treten kann, sodass eine Dichtwirkung gegenüber dem Rotorraum erzielt wird. Auf der anderen Seite kann Kühlmittel aus dem Rotorraum gegebenenfalls bei Beschädigung der Verstärkungsschicht in die Verstärkungsschicht eintreten, kann jedoch die Barriereschicht, die radial außerhalb der Verstärkungsschicht angeordnet ist, ebenfalls nicht passieren, sodass die Dichtwirkung durch die Barriereschicht auch bei der Beschädigung der Verstärkungsschicht gewährleistet bleibt.According to a further embodiment of the assembly, it can be provided that the barrier layer or a further additional barrier layer is arranged radially outside the reinforcing layer. According to this embodiment, the barrier layer can be arranged between the inner surface of the stator base body and the reinforcing layer. The barrier layer thus prevents coolant from escaping the stator space radially inwards, so that a sealing effect against the rotor space is achieved. On the other hand, coolant from the rotor space can enter the reinforcement layer if the reinforcement layer is damaged, but cannot pass through the barrier layer, which is arranged radially outside the reinforcement layer, so that the sealing effect is guaranteed by the barrier layer even if the reinforcement layer is damaged .

Wie beschrieben, kann grundsätzlich eine beliebige Kombination mehrerer Barriereschichten und/oder Verstärkungsschichten vorgenommen werden. Die Baugruppe kann beispielsweise dahingehend weitergebildet werden, dass eine erste Barriereschicht radial außerhalb der Verstärkungsschicht und eine zweite Barriereschicht radial innerhalb der Verstärkungsschicht angeordnet ist. Die beschriebene Ausgestaltung schlägt mit anderen Worten eine „Sandwich“-Bauweise vor, nach der die Verstärkungsschicht zwischen zwei Barriereschichten eingebettet ist. Hierbei kann vorteilhafterweise ein Eintreten von Kühlmittel in die Verstärkungsschicht vollständig verhindert werden, da die Verstärkungsschicht sowohl radial innerhalb als auch radial außerhalb von jeweils einer Barriereschicht umgeben ist. Kühlmittel aus dem Statorraum kann somit die erste Barriereschicht nicht passieren und Kühlmittel aus dem Rotorraum kann die zweite Barriereschicht nicht passieren. Dadurch kann selbst bei einer Beschädigung der Verstärkungsschicht keine undichte Stelle bzw. Leckage zwischen Rotorraum und Statorraum auftreten. Selbst bei einer zusätzlichen Beschädigung einer der beiden Barriereschichten, wird eine Leckage durch die verbleibende Barriereschicht verhindert.As described, in principle any combination of several barrier layers and/or reinforcing layers can be made. The assembly can, for example, be further developed in such a way that a first barrier layer is arranged radially outside the reinforcing layer and a second barrier layer is arranged radially inside the reinforcing layer. In other words, the described embodiment suggests a “sandwich” construction, according to which the reinforcing layer is embedded between two barrier layers. Here, the entry of coolant into the reinforcing layer can advantageously be completely prevented, since the reinforcing layer is surrounded by a barrier layer both radially inside and radially outside. Coolant from the stator space can therefore not pass through the first barrier layer and coolant from the rotor space cannot pass through the second barrier layer. As a result, even if the reinforcement layer is damaged, no leakage can occur between the rotor space and the stator space. Even if one of the two barrier layers is additionally damaged, leakage is prevented by the remaining barrier layer.

Die Baugruppe kann ferner dahingehend weitergebildet werden, dass die Barriereschicht radial zwischen einer ersten Verstärkungsschicht und einer zweiten Verstärkungsschicht angeordnet ist. Demnach kann das Spaltrohr aus wenigstens zwei Verstärkungsschichten und wenigstens einer Barriereschicht aufgebaut sein bzw. kann das Spaltrohr wenigstens zwei Verstärkungsschichten und wenigstens eine Barriereschicht aufweisen. Die Barriereschicht gewährleistet dabei, dass auch bei einer Beschädigung der ersten Verstärkungsschicht oder der zweiten Verstärkungsschicht oder beider Verstärkungsschichten eine Abdichtung zwischen Rotorraum und Statorraum gewährleistet bleibt. Die Einbettung der Barriereschicht zwischen zwei Verstärkungsschichten erlaubt insbesondere eine gute Anbindung zu dem Stator über die radial außenliegende Verstärkungsschicht. Zusätzlich ist die Barriereschicht radial innen durch die Verstärkungsschicht geschützt. Grundsätzlich ist es somit möglich, eine beliebige Anordnung einer oder mehrerer Barriereschichten sowie einer oder mehrerer Verstärkungsschichten vorzusehen.The assembly can further be developed in such a way that the barrier layer is arranged radially between a first reinforcing layer and a second reinforcing layer. Accordingly, the can can be constructed from at least two reinforcing layers and at least one barrier layer or the can can have at least two reinforcing layers and at least one barrier layer. The barrier layer ensures that a seal between the rotor space and the stator space remains guaranteed even if the first reinforcement layer or the second reinforcement layer or both reinforcement layers are damaged. Embedding the barrier layer between two reinforcing layers allows, in particular, a good connection to the stator via the radially outer reinforcing layer. In addition, the barrier layer is protected radially on the inside by the reinforcing layer. In principle, it is therefore possible to provide any arrangement of one or more barrier layers and one or more reinforcement layers.

Die Barriereschicht kann in Umfangsrichtung geschlossen ausgebildet sein oder wenigstens eine Öffnung aufweisen, insbesondere eine in Umfangsrichtung verteilte Vielzahl an Öffnungen. Die Öffnungen können auch als „Perforierung“ bezeichnet werden. Die Öffnung kann insbesondere dafür vorgesehen sein, eine Delamination zwischen Barriereschicht und Verstärkungsschicht zu verhindern. Beispielsweise kann die Barriereschicht bei der Herstellung des Spaltrohrs mit der Verstärkungsschicht verbunden werden, indem das Harzmaterial der Verstärkungsschicht zumindest abschnittsweise in die Öffnung eintritt und so die Verstärkungsschicht mit der Barriereschicht verankert. Das Eintreten des Harzmaterials in die wenigstens eine Öffnung in der Barriereschicht kann insbesondere in einem Zustand des Harzmaterials vor dem Aushärten also bis zu einem zumindest teilweise ausgehärteten Zustand vorgenommen werden, in dem das Harzmaterial noch flüssig bzw. zähflüssig ist. Die Öffnung bzw. die Vielzahl der Öffnungen können insbesondere so dimensioniert werden, dass dadurch keine Nachteile bezogen auf die Dichtigkeit entstehen.The barrier layer can be designed to be closed in the circumferential direction or have at least one opening, in particular a plurality of openings distributed in the circumferential direction. The openings can also be referred to as “perforations”. The opening can in particular be intended to prevent delamination between the barrier layer and the reinforcing layer. For example, the barrier layer in the Her Position of the can can be connected to the reinforcing layer by the resin material of the reinforcing layer entering at least partially into the opening and thus anchoring the reinforcing layer with the barrier layer. The resin material can enter the at least one opening in the barrier layer in particular in a state of the resin material before hardening, i.e. up to an at least partially hardened state in which the resin material is still liquid or viscous. The opening or the large number of openings can in particular be dimensioned in such a way that no disadvantages arise in terms of sealing.

Die Barriereschicht und/oder die Verstärkungsschicht können vorbehandelt sein, insbesondere plasmavorbehandelt, und/oder die Barriereschicht kann mit wenigstens einer Verstärkungsschicht und/oder mit dem Statorgrundkörper verklebt sein. Durch die Vorbehandlung von Barriereschicht und/oder Verstärkungsschicht kann die anschließende Verbindung zwischen der Barriereschicht und der Verstärkungsschicht bzw. der Barriereschicht oder der Verstärkungsschicht mit der Innenfläche des Statorgrundkörpers verbessert werden. Ebenso ist es möglich, beispielsweise die Barriereschicht mit der Innenfläche des Statorgrundkörpers zu verkleben, um die Positionierung des Spaltrohrs zu verbessern.The barrier layer and/or the reinforcing layer can be pretreated, in particular plasma pretreated, and/or the barrier layer can be bonded to at least one reinforcing layer and/or to the stator base body. By pretreating the barrier layer and/or the reinforcing layer, the subsequent connection between the barrier layer and the reinforcing layer or the barrier layer or the reinforcing layer with the inner surface of the stator base body can be improved. It is also possible, for example, to glue the barrier layer to the inner surface of the stator base body in order to improve the positioning of the can.

Wie eingangs beschrieben, können für die einzelnen Bestandteile des Spaltrohrs grundsätzlich beliebige Materialien verwendet werden. Für die Verstärkungsschicht wird insbesondere ein harzbasiertes Matrixmaterial verwendet. Als harzbasiertes Matrixmaterial kann zum Beispiel ein Epoxid und/oder ein Phenolharz und/oder ein Polyurethan verwendet werden. Das in dem harzbasierten Matrixmaterial eingebettete Strukturmaterial kann insbesondere faserbasiert bzw. ein Fasermaterial sein. Das Fasermaterial kann beispielsweise als Gewebematerial und/oder Gelegematerial ausgeführt sein, d.h. beispielsweise schlauchförmig, gewebt oder gelegt bzw. gewickelt. Bei der Herstellung wird das Strukturmaterial, insbesondere als Strukturelement, beispielsweise schlauchförmig, auf einen Kern aufgezogen und in einem geeigneten Werkzeug mit dem Matrixmaterial getränkt bzw. injiziert. Als Fasermaterial können beispielsweise Glasfasern und/oder Kohlenstofffasern und/oder Keramikfasern und/oder Keramikfasern und/oder Polyethylenfasern und/oder Kunststofffasern wendet werden.As described at the beginning, any material can be used for the individual components of the can. In particular, a resin-based matrix material is used for the reinforcing layer. For example, an epoxy and/or a phenolic resin and/or a polyurethane can be used as the resin-based matrix material. The structural material embedded in the resin-based matrix material can in particular be fiber-based or a fiber material. The fiber material can, for example, be designed as a woven material and/or laid material, i.e. for example tubular, woven or laid or wound. During production, the structural material, in particular as a structural element, for example tubular, is pulled onto a core and impregnated or injected with the matrix material in a suitable tool. For example, glass fibers and/or carbon fibers and/or ceramic fibers and/or ceramic fibers and/or polyethylene fibers and/or plastic fibers can be used as fiber material.

Wie beschrieben, ist die Barriereschicht zur Abdichtung zwischen Rotorraum und Statorraum vorgesehen. Grundsätzlich kann die Barriereschicht aus beliebigen Materialien hergestellt und beliebig auf die wenigstens eine Verstärkungsschicht bzw. an die wenigstens eine Verstärkungsschicht angeordnet werden. Die Barriereschicht kann insbesondere folienartig oder schlauchartig oder gewickelt oder gelegt ausgebildet sein. Zum Beispiel kann die Barriereschicht aus PPS und/oder PTFE und/oder PA und/oder PBT und/oder PET und/oder Rohelastomer ausgebildet sein. Die Barriereschicht kann beispielsweise zusammen mit dem Harzmaterial in der Verstärkungsschicht aushärten, beispielsweise teilweise in oder an der Verstärkungsschicht angeordnet sein und beim Aushärten der Verstärkungsschicht stoffschlüssig mit dem Spaltrohr verbunden werden.As described, the barrier layer is intended to seal between the rotor space and the stator space. In principle, the barrier layer can be made from any materials and can be arranged anywhere on the at least one reinforcement layer or on the at least one reinforcement layer. The barrier layer can in particular be designed like a film or as a tube or as a coil or laid. For example, the barrier layer can be made of PPS and/or PTFE and/or PA and/or PBT and/or PET and/or raw elastomer. The barrier layer can, for example, harden together with the resin material in the reinforcing layer, for example be partially arranged in or on the reinforcing layer and be cohesively connected to the can when the reinforcing layer hardens.

Neben der Baugruppe betrifft die Erfindung eine elektrische Maschine, die eine solche Baugruppe umfasst. Zudem betrifft die Erfindung ein Kraftfahrzeug, das eine elektrische Maschine mit einer solchen Baugruppe bzw. eine zuvor beschriebene Baugruppe aufweist. Weiter betrifft die Erfindung ein Verfahren zur Herstellung einer zuvor beschriebenen Baugruppe.In addition to the assembly, the invention relates to an electrical machine that includes such an assembly. In addition, the invention relates to a motor vehicle that has an electrical machine with such an assembly or a previously described assembly. The invention further relates to a method for producing a previously described assembly.

Wie erwähnt, kann zur Herstellung der Baugruppe das Fasermaterial bzw. Strukturmaterial auf einem Kern bereitgestellt werden. Das Fasermaterial kann zum Beispiel als Gelege oder Gewebe, zum Beispiel als faserbasierter Schlauch auf dem Kern aufgebracht werden. Das Fasermaterial kann anschließend mit dem harzbasierten Matrixmaterial getränkt werden, beispielsweise in einer Kavität eines geeigneten Werkzeugs, beispielsweise ein Werkzeug für einen RTM-Prozess. Je nachdem, welche Anordnung von Verstärkungsschicht und Barriereschicht das Spaltrohr der Baugruppe aufweisen soll, kann die Barriereschicht im Vorfeld oder nachträglich oder zwischen zwei Verstärkungsschichten aufgebracht werden. Hierbei ist es insbesondere möglich, Verstärkungsschicht und Barriereschicht miteinander zu verkleben oder die Barriereschicht oder die Verstärkungsschicht mit dem Statorgrundkörper zu verkleben. Im Speziellen kann die Barriereschicht durch Aushärten der Verstärkungsschicht stoffschlüssig mit dieser verbunden werden.As mentioned, the fiber material or structural material can be provided on a core to produce the assembly. The fiber material can, for example, be applied to the core as a scrim or fabric, for example as a fiber-based tube. The fiber material can then be impregnated with the resin-based matrix material, for example in a cavity of a suitable tool, for example a tool for an RTM process. Depending on which arrangement of reinforcing layer and barrier layer the can of the assembly should have, the barrier layer can be applied in advance or subsequently or between two reinforcing layers. In this case, it is possible in particular to glue the reinforcing layer and the barrier layer together or to glue the barrier layer or the reinforcing layer to the stator base body. In particular, the barrier layer can be bonded to the reinforcing layer by hardening it.

Sämtliche in Bezug auf die Baugruppe beschriebenen Vorteile, Einzelheiten und Merkmale sind vollständig auf die elektrische Maschine, das Kraftfahrzeug und das Verfahren übertragbar und umgekehrt.All advantages, details and features described with regard to the assembly are completely transferable to the electrical machine, the motor vehicle and the method and vice versa.

Die Erfindung wird nachfolgend anhand von Ausführungsbeispielen unter Bezugnahme auf die Fig. erläutert. Die Fig. sind schematische Darstellungen und zeigen:

1 eine Baugruppe für eine elektrische Maschine;
2 eine Explosionsdarstellung eines Ausschnitts eines Spaltrohrs für eine Baugruppe nach 1 in einem beispielhaften Verfahrensschritt eines Herstellungsverfahrens;
3 ein Ausschnitt einer axialen Darstellung einer Baugruppe nach einem ersten Ausführungsbeispiel;
4 ein Ausschnitt einer axialen Darstellung einer Baugruppe nach einem zweiten Ausführungsbeispiel;
5 ein Ausschnitt einer axialen Darstellung einer Baugruppe nach einem dritten Ausführungsbeispiel;
6 ein Ausschnitt einer Darstellung einer Baugruppe nach einem vierten Ausführungsbeispiel; und
7 ein isolierter Ausschnitt einer Baugruppe im Bereich eines Übergangs zwischen Verstärkungsschicht und Barriereschicht.

The invention is explained below using exemplary embodiments with reference to the figures. The figures are schematic representations and show:

1 an assembly for an electrical machine;
2 an exploded view of a section of a can for an assembly after 1 in an exemplary process step of a manufacturing process;
3 a section of an axial representation of an assembly according to a first exemplary embodiment;
4 a section of an axial representation of an assembly according to a second exemplary embodiment;
5 a section of an axial representation of an assembly according to a third exemplary embodiment;
6 a section of a representation of an assembly according to a fourth exemplary embodiment; and
7 an isolated section of an assembly in the area of a transition between the reinforcement layer and the barrier layer.

1 zeigt eine Baugruppe 1 für eine nicht näher dargestellte elektrische Maschine, zum Beispiel eine elektrische Maschine für ein Kraftfahrzeug. Ein solches Kraftfahrzeug kann demnach eine elektrische Maschine mit einer Baugruppe 1 aufweisen. 1 shows an assembly 1 for an electrical machine, not shown, for example an electrical machine for a motor vehicle. Such a motor vehicle can therefore have an electric machine with a module 1.

Die Baugruppe 1 umfasst einen Statorgrundkörper 2 und ein an der Innenfläche des Statorgrundkörpers 2 angeordnetes Spaltrohr 3, das einen Rotorraum 4 von einem Statorraum 5 der Baugruppe 1 in Radialrichtung abtrennt bzw. abgrenzt. Mit anderen Worten bewirkt das Spaltrohr 3, dass kein Fluidaustausch zwischen dem Rotorraum 4 dem Statorraum 5 auftreten kann, insbesondere kein Kühlmittel aus dem Statorraum 5 in den Rotorraum 4 eindringen kann und umgekehrt.The assembly 1 comprises a stator base body 2 and a canned tube 3 arranged on the inner surface of the stator base body 2, which separates or delimits a rotor space 4 from a stator space 5 of the assembly 1 in the radial direction. In other words, the can 3 means that no fluid exchange can occur between the rotor space 4 and the stator space 5, in particular no coolant can penetrate from the stator space 5 into the rotor space 4 and vice versa.

Das Spaltrohr 3 umfasst dabei eine Verstärkungsschicht 6 (vgl. 2-6), die ein harzbasiertes Matrixmaterial bzw. Harzmaterial und ein Strukturelement bzw. ein Strukturmaterial aufweist. Das Strukturmaterial kann insbesondere mit dem harzbasierten Matrixmaterial vergossen bzw. damit getränkt oder injiziert werden und das Matrixmaterial anschließend, beispielsweise durch Temperierung ausgehärtet werden. 2 zeigt eine „Explosionsdarstellung“ des Spaltrohrs 3 mit einer Verstärkungsschicht 6 und einer Barriereschicht 7, wobei Verstärkungsschicht 6 und Barriereschicht 7 zum Beispiel auf einem Kern 8 aufgebracht werden können, um den Fertigungsprozess auszuführen. Beispielsweise kann die Barriereschicht 7 auf dem Kern 8 und das Strukturmaterial der Verstärkungsschicht 6 auf der Barriereschicht 7 aufgebracht werden. In dem zuvor beschriebenen Prozess kann anschließend das Strukturmaterial mit dem Harzmaterial getränkt und dieses ausgehärtet werden. Das in 2 lediglich schematisch dargestellte Ausführungsbeispiel einer Herstellung des Spaltrohrs 3 ist lediglich beispielhaft zu verstehen und kann, je nach Ausführung des Spaltrohrs 3 auch abgeändert werden. Ebenso ist es möglich, die Barriereschicht 7 außen auf der Verstärkungsschicht 6 aufzubringen oder beliebige Kombinationen auszuführen.The can 3 includes a reinforcing layer 6 (cf. 2-6 ), which has a resin-based matrix material or resin material and a structural element or a structural material. The structural material can in particular be cast with the resin-based matrix material or soaked or injected with it and the matrix material can then be hardened, for example by tempering. 2 shows an “exploded view” of the can 3 with a reinforcing layer 6 and a barrier layer 7, whereby reinforcing layer 6 and barrier layer 7 can be applied, for example, to a core 8 in order to carry out the manufacturing process. For example, the barrier layer 7 can be applied to the core 8 and the structural material of the reinforcing layer 6 to the barrier layer 7. In the process described above, the structural material can then be impregnated with the resin material and this can be cured. This in 2 The exemplary embodiment of a production of the can 3, which is only shown schematically, is only to be understood as an example and can also be modified depending on the design of the can 3. It is also possible to apply the barrier layer 7 to the outside of the reinforcing layer 6 or to carry out any combination.

Die Barriereschicht 7 ist insbesondere folienartig oder schlauchartig aufgebaut und grenzt den Rotorraum 4 zusätzlich von dem Statorraum 5 ab, sodass auch bei einer Undichtigkeit der Verstärkungsschicht 6 des Spaltrohrs 3 kein Fluidaustausch zwischen Rotorraum 4 und Statorraum 5 stattfinden kann. Tritt beispielsweise in der Verstärkungsschicht 6 ein Bruch, insbesondere Zwischenfaserbruch, auf, kann das Fluid aus dem Rotorraum 4 nicht in den Statorraum 5 und auch nicht aus dem Statorraum 5 in den Rotorraum 4 gelangen.The barrier layer 7 is in particular constructed like a film or tube and additionally delimits the rotor space 4 from the stator space 5, so that even if the reinforcement layer 6 of the can 3 is leaky, no fluid exchange can take place between the rotor space 4 and the stator space 5. If, for example, a break occurs in the reinforcing layer 6, in particular an intermediate fiber break, the fluid cannot get from the rotor space 4 into the stator space 5 and also not from the stator space 5 into the rotor space 4.

In den 3-6 sind verschiedene Ausführungsformen der Baugruppe 1 dargestellt, insbesondere verschiedene Formen eines Aufbaus des Spaltrohrs 3. Die einzelnen Ausführungsformen sind grundsätzlich beliebig miteinander kombinierbar. In 3 ist beispielsweise dargestellt, dass an einer Innenfläche 9 des Statorgrundkörpers 2 eine Verstärkungsschicht 6 angeordnet ist, wobei radial innerhalb der Verstärkungsschicht 6 die Barriereschicht 7 angeordnet ist. Mit anderen Worten ist die Verstärkungsschicht 6 in Radialrichtung zwischen der innenliegenden Barriereschicht 7 und dem Statorgrundkörper 2 angeordnet. Kühlmittel aus dem Statorraum 5 kann zwar bei einem Bruch in der Verstärkungsschicht 6 in die Verstärkungsschicht 6 eintreten, wird jedoch in Radialrichtung von der Barriereschicht 7 zurückgehalten, sodass das Kühlmittel nicht in den Rotorraum 4 gelangen kann. Umgekehrt kann Kühlmittel aus dem Rotorraum 4 die Barriereschicht 7 nicht passieren, sodass auch bei einem Bruch der Verstärkungsschicht 6 keine Leckage auftreten kann.In the 3-6 Various embodiments of the assembly 1 are shown, in particular different forms of structure of the can 3. The individual embodiments can basically be combined with one another in any way. In 3 For example, it is shown that a reinforcing layer 6 is arranged on an inner surface 9 of the stator base body 2, with the barrier layer 7 being arranged radially within the reinforcing layer 6. In other words, the reinforcing layer 6 is arranged in the radial direction between the internal barrier layer 7 and the stator base body 2. Although coolant from the stator chamber 5 can enter the reinforcing layer 6 in the event of a break in the reinforcing layer 6, it is retained in the radial direction by the barrier layer 7, so that the coolant cannot enter the rotor chamber 4. Conversely, coolant from the rotor chamber 4 cannot pass through the barrier layer 7, so that no leakage can occur even if the reinforcement layer 6 breaks.

4 zeigt eine alternative Ausführung, bei der die Barriereschicht 7 radial außerhalb der Verstärkungsschicht 6 angeordnet ist. In diesem Ausführungsbeispiel ist die Barriereschicht 7 somit in Radialrichtung zwischen der innenliegenden Verstärkungsschicht 6 und der Innenfläche 9 des Statorgrundkörpers 2 angeordnet. Tritt ein Bruch in der Verstärkungsschicht 6 auf, kann Kühlmittel zwar aus dem Rotorraum 4 in die Verstärkungsschicht 6 eintreten, wird jedoch von der Barriereschicht 7 zurückgehalten, sodass das Kühlmittel nicht in den Statorraum 5 gelangen kann. Umgekehrt kann Kühlmittel aus dem Statorraum 5 die Barriereschicht 7 nicht passieren, sodass ein Fluidaustausch verhindert wird. In diesem Beispiel kann die Barriereschicht 7 zusätzlich an die Innenfläche 9 des Statorgrundkörpers 2 geklebt werden, um die Verbindung zwischen Statorgrundkörper 2 und Barriereschicht 7 bzw. Spaltrohr 3 zu verbessern. 4 shows an alternative embodiment in which the barrier layer 7 is arranged radially outside the reinforcing layer 6. In this exemplary embodiment, the barrier layer 7 is thus arranged in the radial direction between the internal reinforcing layer 6 and the inner surface 9 of the stator base body 2. If a break occurs in the reinforcing layer 6, coolant can enter the reinforcing layer 6 from the rotor space 4, but is retained by the barrier layer 7, so that the coolant cannot get into the stator space 5. Conversely, coolant from the stator space 5 cannot pass through the barrier layer 7, so that fluid exchange is prevented. In this example, the barrier layer 7 can additionally be glued to the inner surface 9 of the stator base body 2 in order to improve the connection between the stator base body 2 and the barrier layer 7 or can 3.

5 zeigt eine Ausführungsform, bei der zwei Barriereschichten 7, 7' vorgesehen sind. Eine erste Barriereschicht 7 kann, wie in Bezug auf 4 beschrieben, zwischen dem Statorgrundkörper 2 und der Verstärkungsschicht 6 angeordnet sein, d.h., in Radialrichtung zwischen der Innenfläche 9 und der Außenfläche der Verstärkungsschicht 6 angeordnet sein. Die Barriereschicht 7 kann mit der Innenfläche 9 verklebt werden, wie zuvor beschrieben. Zusätzlich weist das Spaltrohr 3 in der Ausführung nach 5 eine zweite Barriereschicht 7' auf, die an der Innenfläche der Verstärkungsschicht 6 angeordnet ist und somit dem Rotorraum 4 zugewandt ist. In Radialrichtung ist der Rotorraum 4 somit durch die zweite Barriereschicht 7' von der Verstärkungsschicht 6 getrennt. Die beiden Barriereschichten 7, 7' verhindern somit, dass Kühlmittel aus dem Rotorraum 4 oder aus dem Statorraum 5 austreten kann. Ist die Verstärkungsschicht 6 beschädigt, wird das Kühlmittel dennoch von den Barriereschichten 7, 7' zurückgehalten. 5 shows an embodiment in which two barrier layers 7, 7 'are provided. A first barrier layer 7 can, as in relation to 4 described, be arranged between the stator base body 2 and the reinforcing layer 6, ie, arranged in the radial direction between the inner surface 9 and the outer surface of the reinforcing layer 6. The barrier layer 7 can be glued to the inner surface 9, as described above. In addition, the can 3 shows in the execution 5 a second barrier layer 7 ', which is arranged on the inner surface of the reinforcing layer 6 and thus faces the rotor space 4. In the radial direction, the rotor space 4 is thus separated from the reinforcing layer 6 by the second barrier layer 7 '. The two barrier layers 7, 7' thus prevent coolant from escaping from the rotor space 4 or the stator space 5. If the reinforcing layer 6 is damaged, the coolant is still retained by the barrier layers 7, 7'.

6 zeigt eine Ausführungsform der Baugruppe 1, bei der eine erste Verstärkungsschicht 6 an der Innenfläche 9 des Statorgrundkörpers 2 angeordnet ist und zwischen der ersten Verstärkungsschicht 6 und einer zweiten Verstärkungsschicht 6` eine Barriereschicht 7 angeordnet ist. Die zweite Verstärkungsschicht 6` ist somit dem Rotorraum 4 zugewandt und liegt an einer Innenfläche der Barriereschicht 7 an, welche Barriereschicht 7 wiederum an einer Innenfläche der ersten Verstärkungsschicht 6 anliegt. 6 shows an embodiment of the assembly 1, in which a first reinforcing layer 6 is arranged on the inner surface 9 of the stator base body 2 and a barrier layer 7 is arranged between the first reinforcing layer 6 and a second reinforcing layer 6`. The second reinforcing layer 6' thus faces the rotor space 4 and lies against an inner surface of the barrier layer 7, which barrier layer 7 in turn lies against an inner surface of the first reinforcing layer 6.

Die Verstärkungsschichten 6, 6` und/oder die Barriereschichten 7, 7' können in sämtlichen Ausführungsformen vorbehandelt werden, beispielsweise im Rahmen einer Plasmavorbehandlung. Insbesondere bei Barriereschichten 7, 7', die basierend auf thermoplastischen Folien hergestellt sind, kann eine Plasmavorbehandlung die Verklebung verbessern, beispielsweise eine Verklebung mit der Innenfläche 9 des Statorgrundkörpers 2.The reinforcing layers 6, 6' and/or the barrier layers 7, 7' can be pretreated in all embodiments, for example as part of a plasma pretreatment. Particularly in the case of barrier layers 7, 7', which are produced based on thermoplastic films, a plasma pretreatment can improve the bonding, for example bonding to the inner surface 9 of the stator base body 2.

Zusätzlich ist es in allen gezeigten Ausführungsformen möglich, wie in 7 beispielhaft dargestellt ist, dass wenigstens eine der Barriereschichten 7, 7' eine Öffnung 10 aufweist, die auch als „Perforierung“ verstanden werden kann. Hierbei ist es insbesondere möglich, dass die Barriereschicht 7, 7' eine Vielzahl derartiger Öffnungen 10 aufweist. Insbesondere dann, wenn die Verstärkungsschicht 6, 6' in Anlage mit der Barriereschicht 7, 7' ausgehärtet wird, beispielsweise im Rahmen eines RTM-Prozesses, kann das zunächst flüssige Matrixmaterial bzw. Harzmaterial in die Öffnung 10 eintreten und somit bei Aushärtung eine weitere Verbesserung der Verbindung zwischen Barriereschicht 7, 7' und Verstärkungsschicht 6, 6' bewirken. Insbesondere bei der Ausgestaltung, die in 6 gezeigt ist, kann dadurch eine Delamination zwischen den einzelnen Lagen verhindert werden.In addition, it is possible in all embodiments shown, as in 7 It is shown by way of example that at least one of the barrier layers 7, 7' has an opening 10, which can also be understood as a “perforation”. It is particularly possible for the barrier layer 7, 7' to have a large number of such openings 10. In particular, when the reinforcing layer 6, 6' is cured in contact with the barrier layer 7, 7', for example as part of an RTM process, the initially liquid matrix material or resin material can enter the opening 10 and thus provide a further improvement upon curing the connection between barrier layer 7, 7 'and reinforcing layer 6, 6'. Especially in the design that in 6 As shown, delamination between the individual layers can be prevented.

BezugszeichenReference symbols

11: Baugruppemodule
22: StatorgrundkörperStator base body
33: Spaltrohrcan
44: RotorraumRotor room
55: Statorraumstator space
6, 6'6, 6': VerstärkungsschichtReinforcement layer
7, 7`7, 7`: Barriereschichtbarrier layer
88th: Kerncore
99: InnenflächeInner surface
1010: Öffnungopening

Claims

Assembly (1) for an electrical machine, in particular an electrical machine for a motor vehicle, which assembly (1) has a stator base body (2) and a can (3) arranged on an inner surface (9) of the stator base body (2), which is designed for this purpose is to delimit a stator space (5) from a rotor space (4), the can (3) having a reinforcing layer (6, 6 ') which has a resin material in which a, in particular fiber-based, structural material is embedded, characterized in that in that the can (3) has a barrier layer (7, 7 ') which is designed to seal the stator space (5) from the rotor space (4).

Assembly (1). Claim 1 , characterized in that the barrier layer (7, 7') is arranged radially within the reinforcing layer (6, 6').

Assembly (1). Claim 1 or 2 , characterized in that the barrier layer (7, 7') is arranged radially outside the reinforcing layer (6, 6').

Assembly (1) according to one of the preceding claims, characterized in that a first barrier layer (7, 7') radially outside the reinforcing layer (6, 6') and a second barrier layer (7, 7') radially inside the reinforcing layer (6, 6') is arranged.

Assembly (1) according to one of the preceding claims, characterized in that the barrier layer (7, 7') is arranged radially between a first reinforcing layer (6, 6') and a second reinforcing layer (6, 6').

Assembly (1) according to one of the preceding claims, characterized in that the barrier layer (7, 7') is closed in the circumferential direction or has at least one opening (10), in particular a plurality of openings (10) distributed in the circumferential direction.

Assembly (1) according to one of the preceding claims, characterized in that the barrier layer (7, 7') and/or the reinforcing layer (6, 6') is pretreated, in particular plasma pretreated, and/or the barrier layer (7, 7') is glued to at least one reinforcing layer (6, 6') and/or to the stator base body (2).

Assembly (1) according to one of the preceding claims, characterized in that the matrix material comprises an epoxy and/or a phenolic resin and/or a polyurethane and/or the structural material comprises fiber material and/or fabric material and/or scrim material, in particular made of glass fibers and/or Carbon fibers and/or aramid fibers and/or ceramic fibers and/or polyethylene fiber and/or plastic fiber and/or the barrier layer (7, 7') is film-like or tubular or wound, in particular made of PPS and/or PTFE and/or PA and/or PBT and/or PET and/or raw elastomer is formed.

Electric machine, comprising an assembly (1) according to one of the preceding claims.

Motor vehicle, comprising an electric machine according to the preceding claim and/or an assembly (1) according to one of Claims 1 until 8th .

Method for producing an assembly (1) according to one of Claims 1 until 8th .