DE102022209863A1

DE102022209863A1 - Verfahren zur Herstellung einer Statorbaugruppe mit Kühlstruktur

Info

Publication number: DE102022209863A1
Application number: DE102022209863.3A
Authority: DE
Inventors: Björn Heß; Georg-Friedrich Lührs
Original assignee: Volkswagen AG
Current assignee: Volkswagen AG
Priority date: 2022-09-20
Filing date: 2022-09-20
Publication date: 2024-03-21
Also published as: CN117748846A

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung einer einen Stator und ein Gehäuse (2) aufweisenden Statorbaugruppe, wobei das Gehäuse (2) bereitgestellt und der Stator in dem Gehäuse (2) gefügt wird, das Gehäuse (2) zu dessen Bereitstellung zunächst durch Gießen erzeugt und vermittels des Gießens wenigstens eine Kühlstruktur im Gehäuse (2) ausgeformt wird. Hierbei wird zum Gießen ein Kern (5) einer Gießform in einen Formhohlraum der Gießform eingeführt, wobei der Kern (5) wenigstens ein zwischen einer Gießstellung und einer Entformungsstellung (7) beweglich gelagertes Kernsegment (8) aufweist, folgend vermittels des Gießens über ein jedes Kernsegment (8) im Gehäuse (2) wenigstens eine Zentrierstruktur (9) ausgeformt wird, wobei eine jede Zentrierstruktur (9) keine Entformungsschräge aufweist und nach dem Ausformen einer jeden Zentrierstruktur (9) ein jedes Kernsegment (8) aus dessen Gießstellung in dessen Entformungsstellung (7) bewegt wird, wobei eine nach dem Erzeugen des Gehäuses (2) in der Gießstellung des Kernsegments (8) zwischen dem Gehäuse (2) und einem Kernsegment (8) vorliegende Verbindung durch das Bewegen des Kernsegments (8) gelöst wird.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung einer einen Stator und ein Gehäuse aufweisenden Statorbaugruppe, wobei das Gehäuse bereitgestellt und der Stator in dem Gehäuse gefügt wird, wobei das Gehäuse zu dessen Bereitstellung zunächst durch Gießen erzeugt und vermittels des Gießens wenigstens eine Kühlstruktur im Gehäuse ausgeformt wird.
Im Zuge der steten Zunahme der Elektromobilität besteht die Notwendigkeit, effiziente und leistungsstarke elektrische Maschinen, insbesondere Elektromotoren, bereitzustellen. Dies bedingt hierbei auch eine effektive Kühlung der Elektromotoren, um mit der zunehmenden Leistungsaufnahme Schritt halten zu können.
Die Kühlung erfolgt dabei regelmäßig über den Stator und dabei insbesondere über den Statorrücken des Stators, wobei bei der Kühlung zudem die Aufnahme des Stators in ein den Stator umgebendes Gehäuse, hierbei dessen drehmomentfestes Fügen sowie die damit verbundene Zentrierung des Stators im Gehäuse und auch die Fertigung des Gehäuses selbst zu beachten ist.
Hinsichtlich der Kühlung bestehen dabei im Wesentlichen zwei Ausführungsvarianten mit sich unterscheidendem Kühlmittel, einerseits eine Glykol-Wasser-Kühlung und andererseits eine ÖI-Kühlung.
Bei einer Glykol-Wasser-Kühlung muss ein geschlossener Kühlraum geschaffen werden, der gegen das den Antrieb schmierende Öl abgedichtet ist. Hierfür werden der Stator und das Gehäuse, in welchem der Stator gefügt wird, in der Regel warm verpresst, wobei das Gehäuse erwärmt und über den Stator geschoben wird. Nach dem Abkühlen ist einerseits der angedichtete Kühlraum bereitgestellt und andererseits die Überdeckung zwischen Gehäuse und Stator so groß, dass ein ausreichend hohes Drehmoment auf das Gehäuse übertragen werden kann. Das Verpressen hat jedoch Nachteile hinsichtlich der Effizienz von Stator und Rotor des Elektromotors und bewirkt bei ungünstiger Ausführung auch nachteilige Spannungsverteilungen im Gehäuse.
Bei einem mittels Öl gekühlten Stator muss eine sehr effektive Öl-Kühlung im Elektromotor vorhanden sein. Diese kann sowohl über eine interne Kühlung als auch über einen externen Wärmetauscher realisiert werden. Bei einer Umsetzung der Öl-Kühlung am Stator kann wie bei der zuvor beschriebenen Glykol-Wasser-Kühlung durch ein Verpressen des Stators mit dem Gehäuse verfahren werden. Des Weiteren ist es bereits Stand der Technik, den Stator mittels Schrauben oder Bolzen aufzunehmen.
Bei einer Verschraubung spielt die Länge von Stator und Rotor eine entscheidende Rolle, weil dabei die Zentrierlängen gegebenenfalls sehr kurz sind. Darüber hinaus ist die Verwendung von Bolzen zum Fügen des Stators im Gehäuse in der Herstellung sehr kostenintensiv und birgt zudem einen hohen Fertigungsaufwand.
In dem vorstehenden Zusammenhang sind aus dem Stand der Technik zudem bereits Lösungen bekannt, eine Kühlung unter Berücksichtigung der Fertigung des Gehäuses der elektrischen Maschine sowie des Fügens des Stators im Gehäuse auszuführen.
Aus der WO 2020 / 169 189 A1 geht hierzu ein mehrteiliges, segmentiertes Gehäuse einer elektrischen Maschine sowie ein Verfahren zur Herstellung des Maschinengehäuses mittels eines Druckgusses hervor. Das Gehäuse umfasst dabei folglich mehrere zu einer äußeren Hülse zusammengefügte Gehäusesegmente, wobei wenigstens eines der Gehäusesegmente eine Kühlstruktur aufweist, welche bereits nach dem Gießen und somit ohne weitere Nachbearbeitung fertiggestellt ist. Aufgrund der Segmentierung kann ferner auf eine hohe Bearbeitungszugabe aufgrund anderenfalls notwendiger Entformungsschrägen verzichtet werden. Zudem sind in einem jeweiligen Gehäusesegment in der dem Stator zugewandten inneren Oberfläche Erhebungen und Vertiefungen ausgeformt, welche im Zusammenwirken mit einer auf die Oberfläche aufgebrachten Abdeckung radial umlaufende Kühlkanäle ausbilden. Die Ausführung mehrerer Gehäusesegmente ist jedoch als nachteilig anzusehen, wobei neben erhöhten Fertigungskosten, insbesondere aufgrund der notwendigen Verbindung der Gehäusesegmente im Hinblick auf die Zentrierung des Stators im Gehäuse, auch hohe Anforderungen an die Montagegenauigkeit und die damit verbundenen Toleranzen gestellt werden.
Der DE 10 2016 223 968 A1 ist zudem eine Gehäuseanordnung für eine elektrische Maschine zu entnehmen, wobei der Stator der elektrischen Maschine über Hohlstifte mit dem Gehäuse verbunden ist. Der von einem zur Flüssigkühlung eingerichteten Kühlmantel umgebene Stator weist hierfür zwei sich axial durch das Statorblechpaket erstreckende Durchgangsbohrungen auf, die vorzugsweise um 180° versetzt zueinander ausgeführt sind. In jeder der beiden Durchgangsbohrungen ist passgenau bzw. spielfrei ein Hohlstift aufgenommen, der in axialer Richtung den gesamten Stator durchstreckt und an einem überstehenden axialen Ende in eine gehäuseseitige Bohrung eingreift. Dadurch ist der Stator am Gehäuse drehmomentabgestützt befestigt, wobei über eine bevorzugt elastische, radiale Verformung der Stifte der Stator zum Gehäuse ausgerichtet und innerhalb eines Statoraufnahmebereichs des Gehäuses zentriert wird.
Durch die DE 10 2018 217 638 A1 ist ein weiteres, über ein Druckgussverfahren hergestelltes Gehäuse eines elektrischen Motors bekannt, wobei das Gehäuse an seiner Innenwandung eine Vielzahl an in axiale Richtung des Gehäuses verlaufende und Kühlkanäle ausbildende Kühlrippen aufweist. Die Kühlrippen sind dabei mit einer Entformungsschräge ausgestaltet, sodass eine Entnahme aus einer Gießform vereinfacht wird. In nachteiliger Weise ist diese Ausgestaltung jedoch nur auf solche, axial ausgeformten Kühlrippen anwendbar. Eine Ausgestaltung von quer zur Längsrichtung und somit in Umfangsrichtung des Gehäuses verlaufender Kühlrippen ist derart nicht möglich.
Auch die DE 10 2019 220 059 A1 beschreibt ein Gehäuse eines fluidgekühlten Elektromotors, wobei das Gehäuse einen Innenraum zum Aufnehmen eines Stators des Elektromotors und einen Kühlmantel zum Kühlen des Stators aufweist. Hierbei sind in dem Kühlmantel eine Mehrzahl von Kühlkanälen ausgeführt, zwischen welchen keine Fluidverbindung ausgebildet ist. Zwar können die Kühlkanäle aus einem gemeinsamen Kühlfluidreservoir gespeist werden, folglich ist jedoch jedem Kühlkanal ein separates Ventil zum Einstellen eines Kühlfluidvolumenstroms zugeordnet. Die Kühlkanäle sind dabei in eine dem Innenraum abgewandte, konische Mantelfläche einer Innenhülse des Gehäuses eingeformt. Die konische Ausgestaltung der Mantelfläche ermöglicht insbesondere eine zweiteilige Herstellung des Gehäuses im Druckgussverfahren, wobei die konische Mantelfläche eine Entformungsschräge für die Innenhülse des Gehäuses bildet. Die Innenhülse bildet dabei die Bodenflächen und Seitenflächen der Kühlkanäle aus, wobei diese durch ein Fügen der Innenhülse mit einer Außenhülse des Gehäuses verschlossen werden.
Die aufgezeigten Lösungen bedingen wie bereits dargelegt entweder eine nachteilige Segmentierung des Gehäuses oder die Ausgestaltung von Entformungsschrägen und damit verbundenen Einschränkungen in der Gestaltungsmöglichkeit der ausgeführten Gehäuse und/oder Kühlkanäle.
Vor diesem Hintergrund liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, das Verfahren der eingangs genannten Art derart auszuführen, dass eine Anzahl auszubildender Formschrägen minimiert, eine flexible Gestaltungsmöglichkeit des Gehäuses bei zudem geringeren Material- und/oder Fertigungsaufwand ermöglicht und eine Zentrierung des Stators im Gehäuse verbessert wird.
Diese Aufgabe wird gelöst mit einem Verfahren gemäß den Merkmalen des Patentanspruchs 1. Die Unteransprüche betreffen besonders zweckmäßige Weiterbildungen der Erfindung.
Erfindungsgemäß ist also ein Verfahren zur Herstellung einer einen Stator und ein Gehäuse aufweisenden Statorbaugruppe vorgesehen, wobei die Statorbaugruppe insbesondere Teil einer elektrischen Maschine ist, bevorzugt eines Elektromotors. Hierbei wird zur Hausung des Stators in dem Gehäuse das Gehäuse im Rahmen des Verfahrens zuerst bereitgestellt und der Stator anschließend in dem Gehäuse gefügt. Zum Bereitstellen des Gehäuses wird das Gehäuse zunächst durch ein Gießen, beispielsweise einem Druckgießen oder Kokillengießen, erzeugt und vermittels des Gießens wenigstens eine Kühlstruktur im Gehäuse ausgeformt.
Dabei ist erfindungsgemäß weiterhin vorgesehen, dass zum Gießen - wenigstens - ein Kern in einen Formhohlraum der Gießform eingeführt wird, wobei der Kern wenigstens ein - zumindest - zwischen einer Gießstellung und einer Entformungsstellung beweglich gelagertes Kernsegment aufweist. Insbesondere ist ein jedes Kernsegment dabei normal zu einer Mittellängsachse des Kerns, bevorzugt radial, beweglich gelagert. Ferner wird erfindungsgemäß auf das Einführen des Kerns folgend, vermittels des Gießens, über ein jedes Kernsegment wenigstens eine Zentrierstruktur - zumindest teilweise - im Gehäuse ausgeformt, wobei eine jede Zentrierstruktur keine Entformungsschräge aufweist. Während des Gießens befände sich ein jedes Kernsegment entsprechend in der Gießstellung, wobei ein jedes Kernsegment in dieser Gießstellung gegenüber der Entformungsstellung normal zur Mittellängsachse, insbesondere radial, weiter nach außen verlagert ist und insbesondere mit dem Rest des Kerns die beim Gießen im Gehäuse abzubildende Sollkontur des Kerns bildet.
Die Anzahl der Kernsegmente des Kerns korreliert dabei mit einer Anzahl der im Gehäuse auszuformenden Zentrierstrukturen, wobei die Anzahl der Zentrierstrukturen bevorzugt mehr als zwei und besonders bevorzugt drei oder vier Zentrierstrukturen beträgt. Die Zentrierstrukturen würden dabei - insbesondere gleichmäßig - über den Umfang des Gehäuses, insbesondere über mehr als zwei, bevorzugt über drei oder vier Bereiche verteilt ausgeformt. Dabei besteht die Möglichkeit, dass wenigstens eine der in den Bereichen ausgeformten Zentrierstrukturen über zumindest, insbesondere jedoch ausschließlich, zwei Teilstrukturen ausgeformt ist. Der Kern würde somit ebenfalls bevorzugt mehr als zwei und besonders bevorzugt drei oder vier Kernsegmente aufweisen, welche - insbesondere gleichmäßig - über den Umfang des Kerns verteilt angeordnet wären. Je Kernsegment wäre grundsätzlich ein Abbild einer Zentrierstruktur ausgeformt, wobei dieses Abbild wiederum aus zumindest, insbesondere jedoch ausschließlich, zwei Abbildern der Teilstrukturen der Zentrierstruktur bestehen kann. Die Abbilder weisen entsprechend keine Entformungsschräge auf.
Erfindungsgemäß wird nach dem Ausformen einer jeden Zentrierstruktur zudem ein jedes Kernsegment aus dessen Gießstellung in dessen Entformungsstellung bewegt, wobei eine nach dem Erzeugen des Gehäuses in der Gießstellung des Kernsegments zwischen dem Gehäuse und einem Kernsegment vorliegende Verbindung durch das Bewegen des Kernsegments gelöst wird. So kann vorteilhaft auf die Ausführung einer Formschräge der Zentrierungsstruktur oder Zentrierungsstrukturen verzichtet und dennoch ein auf das Gießen und vor dem Fügen erfolgendes Entformen des Gehäuses durchgeführt werden, was eine überaus flexible Gestaltungsmöglichkeit des Gehäuses ermöglicht. Hierbei wäre die Verbindung insbesondere ein z. B. durch die Form der Zentrierungsstruktur und die Form des Kerns bedingter Formschluss oder ein aufgrund des Aufschrumpfens des Gehäuses auf den Kern bedingter Form- und/oder Kraftschluss. Durch das damit erfolgte Minimieren der Anzahl auszubildender Formschrägen wäre zudem eine Verringerung des Material- und/oder Fertigungsaufwands gegeben und eine Zentrierung des Stators im Gehäuse würde verbessert.
In einer besonders vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung wird, vermittels des Gießens, über ein jedes Kernsegment des Kerns- zusätzlich zu der Zentrierstruktur - zudem die wenigstens eine Kühlstruktur - zumindest teilweise - ausgeformt, wobei die Kühlstruktur keine Entformungsschräge aufweist. An jedem Kernsegment würde demnach ebenfalls ein Abbild der Kühlstruktur ausgeformt sein, wobei durch das Ausformen über ein Kernsegment vorteilhaft eine hohe Gestaltungsfreiheit für die Kühlstruktur vorliegt. Auch in diesem Fall wird z. B. ein, insbesondere nach dem Erstarren des Gehäuses aufgrund der Formgebung zwischen einem Kernsegment und der im Gehäuse ausgeformten Kühlstruktur, etwaig vorliegender Formschluss durch das Bewegen des Kernsegments gelöst und ein Entformen des Gehäuses ermöglicht. Ferner wird ebenfalls die Anzahl auszuführender Entformungsschrägen minimiert.
Überaus gewinnbringend stellt sich eine Ausführungsform der Erfindung zudem dar, wenn eine jede Kühlstruktur über eine Vielzahl von Kühlkanälen ausgebildet wird, welche mit ihrer Längserstreckung der Umfangsrichtung des Gehäuses folgend und somit quer zu einer Mittellängsachse des Gehäuses ausgeformt werden. Dabei wären die im Gehäuse, insbesondere in eine umlaufende Gehäusewand des Gehäuses eingelassen ausgeformten Kühlkanäle einseitig, hier in Richtung des Stators, offen gestaltet. So lässt sich aufgrund der im Rahmen des Verfahrens ermöglichten, flexiblen Gestaltungsmöglichkeiten der Kühlstruktur eine effiziente Kühllösung für die Statorbaugruppe bereitstellen, in welcher ein Kühlmittel oder Kühlschmiermittel, beispielsweise ein Öl, unmittelbar in Kontakt mit dem Stator treten kann und eine hohe Überströmung des Stators mit dem Kühl- oder Kühlschmiermittel ermöglicht wird.
Die genannten Mittellängsachsen des Kerns und des Gehäuses sollten hierbei zumindest parallel ausgebildet sein, wobei sich diese bevorzugt gar decken würden.
Eine Erfolg versprechende Ausbildung des erfindungsgemäßen Verfahrens lässt sich zudem darin erkennen, dass die Kühlkanäle in der Zentrierstruktur ausgebildet werden, sodass die Zentrierstruktur über mehrere Rippen ausgeformt wird. Damit ließe sich im Rahmen des Verfahrens gewinnbringend ein Gehäuse ausbilden, in welchem der zur Bereitstellung einer effizienten Kühllösung sowie der Vorkehrungen zum Zentrieren des Stators im Gehäuse vorhandene Bauraum optimal genutzt wird. Darüber hinaus wäre auch an jedem Kernsegment lediglich ein Abbild der Kühlstruktur, hier der Kühlkanäle und der Zentrierstruktur auszuformen, was auch eine Anzahl notwendiger Kernsegmente minimiert.
Eine vielversprechende Weiterbildung der Erfindung liegt zudem dann vor, wenn je Zentrierstruktur durch die Kühlkanäle getrennte und somit in Richtung einer Mittellängsachse des Gehäuses zueinander beabstandete Rippen mit einem zu der Mittellängsachse konstanten Innenradius und somit bündig miteinander abschließend sowie in Richtung der Mittellängsachse auszubildende Längskanten der Zentrierstruktur parallel zur Mittellängsachse verlaufend ausgeformt werden. Eine jede Zentrierstruktur wäre im Gehäuse somit derart ausgeformt, dass eine durch die Rippen ausgebildete und in Kontakt mit dem Stator tretende Kontaktfläche der Zentrierstruktur durch einen Abschnitt, insbesondere einen Längsabschnitt, einer Zylindermantelfläche eingehüllt wird und dadurch zur Mittellängsachse des Gehäuses einen konstanten Radius aufweist. Dies stellt vorteilhaft eine gestalterisch einfache Möglichkeit dar, auf die Ausführung einer Entformungsschräge zu verzichten und zudem ein optimales Zentrieren über eine jede Zentrierstruktur zu ermöglichen.
Überdies liegt eine mit Vorteil behaftete Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens zudem darin, dass, vermittels des Gießens, über den Kern und/oder die Gießform im Gehäuse wenigstens eine Aufnahme für ein Verbindungselement ausgeformt wird, wobei eine jede Aufnahme eine Entformungsschräge aufweist. Durch ein zumindest teilweises Ausführen von Entformungsschrägen, gerade bei Strukturen, welche sich aufgrund ihrer Positionierung und/oder Formgebung vergleichbar einfach Entformen lassen, kann in vorteilhafter Weise die Komplexität des Kerns und/oder der Gießform reduziert werden, was die Zuverlässigkeit, insbesondere des Kerns, erhöht und die Kosten des Verfahrens minimiert. Durch die Ausformung der Aufnahmen für die Verbindungselemente an sich lässt sich über das Verfahren gewinnbringend ein Gehäuse bereitstellen, bei welchem ein insbesondere drehmomentfestes Fügen des Stators nicht über ein Verpressen des Stators im Gehäuse erfolgen muss. Dies führt vorteilhaft zur Steigerung der Effizienz einer die Statorbaugruppe aufweisenden elektrischen Maschine, insbesondere eines Elektromotors und vermeidet zudem nachteilige Spannungsverteilungen im Gehäuse.
Eine weitere überaus günstig gestaltete Weiterbildung der Erfindung lässt sich auch dadurch erkennen, dass vermittels des Gießens, über den Kern und/oder die Gießform in einer jeden Aufnahme Öffnungen respektive Durchlässe ausgeformt werden. So kann das Überströmen des Stators mit Kühl- oder Kühlschmiermittel verbessert und in einer die Statorbaugruppe aufweisenden elektrischen Maschine, insbesondere einem Elektromotor ein konstruktiv einfacher, offener Kühlkreislauf, insbesondere unter Ausführung eines Kühl- oder Kühlschmiermittelsumpfs, insbesondere eines Ölsumpfs, ausgebildet werden.
In einer überdies vorteilhaften Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens ist darüber hinaus vorgesehen, dass, vermittels des Gießens, über den Kern und/oder die Gießform das Gehäuse topfförmig, mit einem Gehäuseboden und einer umlaufenden Gehäusewandung ausgeformt wird, wobei zumindest die Gehäusewandung eine Entformungsschräge aufweist. So ließe sich auch das Gehäuse selbst in einfacher Weise entformen, wobei aufgrund der somit vorliegenden teilweisen Ausführung von Entformungsschrägen ein optimaler Kompromiss zwischen der Komplexität des Kerns und/oder der Gießform und der Minimierung der Entformungsschrägen vorläge.
Eine vielversprechende Weiterbildung der Erfindung ist ferner dadurch gegeben, dass der Stator - auf das Bereitstellen des Gehäuses folgend - im Gehäuse zentriert und/oder teilweise gefügt wird, indem - eine Übergangspassung oder - eine Passung, insbesondere eine Presspassung, mit geringem Übermaß zwischen dem Stator und dem Gehäuse, insbesondere einer jeden Zentrierstruktur, ausgebildet wird, wobei die Presspassung derart ausgelegt ist, dass Gehäuse und Stator nicht drehmomentfest gefügt werden. Die ausgeführte Passung wäre derart im Wesentlichen lediglich dazu geeignet, ein Zentrieren des Stators im Gehäuse zu ermöglichen. Ein auf den Stator wirkendes Drehmoment, welches insbesondere durch einen Elektromotor bewirkt wird, in dem die Statorbaugruppe ausgeführt ist, wäre somit im Grundsatz nicht alleinig über die Passung zwischen Stator und Gehäuse übertragbar. Gewinnbringend würde somit jedoch die Effizienz einer die Statorbaugruppe aufweisenden elektrischen Maschine, insbesondere eines Elektromotors, gesteigert und nachteilige Spannungsverteilungen im Gehäuse vermieden. Ferner ließe sich das Fügen auch ohne oder mit einer geringen Erwärmung des Gehäuses verwirklichen.
Entfernt wäre zudem eine Spielpassung zwischen Stator und Gehäuse denkbar, welche insbesondere ein geringes Untermaß aufweist.
In gestalterisch günstiger Ausbildung des erfindungsgemäßen Verfahrens wird der Stator zudem - auf das Bereitstellen des Gehäuses sowie das Zentrieren und/oder teilweise Fügen des Stators im Gehäuse folgend - drehmomentfest im Gehäuse gefügt, indem über ein zumindest in den Stator und jeweils eine Aufnahme des Gehäuses eingreifendes Verbindungselement eine Verbindung zwischen Stator und Gehäuse ausgebildet wird. So ließe sich ein auf den Stator wirkendes Drehmoment in vorteilhafter Weise im Wesentlichen über die Verbindungselemente auf das Gehäuse übertragen und auf ein Verpressen des Stators mit dem Gehäuse mit den damit verbundenen Nachteilen verzichten. Die Aufnahmen würden hierbei bevorzugt eine Ausnehmung mit einem Innengewinde, bevorzugt eine Gewindebohrung, aufweisen, über welche der Stator über die als Schrauben ausgeführten Verbindungselemente mit dem Gehäuse verschraubt würde.
Die Erfindung lässt zahlreiche Ausführungsformen zu. Zur weiteren Verdeutlichung ihres Grundprinzips sind einige davon in den Zeichnungen dargestellt und werden nachfolgend beschrieben. Die Zeichnungen zeigen in

1 bis 4 eine Anordnung aus Gehäuse und Kern nach dem Erzeugen des Gehäuses;
5 bis 7 ein im Rahmen des Verfahrens mittels Gießen erzeugtes Gehäuse;
8 bis 13 das Zentrieren und Fügen des Stators im respektive mit dem Gehäuse zur Statorbaugruppe.

Die 1 zeigt eine Anordnung aus einem Gehäuse 2 und einem Kern 5, wobei die 1 das Gehäuse 2 bereits in einem bereitgestellten Zustand aufzeigt. Zur Bereitstellung wird das Gehäuse 2 jedoch zunächst durch ein Gießen erzeugt, wofür der dargestellte Kern 5 in einen nicht näher dargestellten Formhohlraum einer Gießform eingeführt wird. Im Speziellen weist der Kern 5 drei über den Umfang des Kerns 5 verteilte und zwischen der in der 4 aufgezeigten Gießstellung 6 und der dargelegten Entformungsstellung 7 beweglich gelagerte Kernsegmente 8 auf, wobei die Kernsegmente 8 in der Entformungsstellung 7 gegenüber dem Umfang des Kerns 5 radial nach innen verlagert sind. Über ein jedes der drei Kernsegmente 8 wird vermittels des Gießens im Gehäuse 2 eine Zentrierstruktur 9 ausgeformt. Jede der somit drei Zentrierstrukturen 9 weist dabei jedoch keine, z. B. in 5 erläuterte, Entformungsschräge 10 auf. Um dennoch das Entformen des Gehäuses 2 zu ermöglichen, wenn nach dem Erzeugen des Gehäuses 2 zwischen dem Gehäuse 2 und dem Kern 5, hier insbesondere den Zentrierstrukturen 9 und den Kernsegmenten 8, eine Verbindung, insbesondere ein Form- und/oder Kraftschluss vorliegt, wird nach dem Ausformen einer jeden Zentrierstruktur 9 ein jedes Kernsegment 8 aus dessen wiederum in der 4 dargestellten Gießstellung 6 in die Entformungsstellung 7 bewegt. Aufgrund dieses Bewegens wird die zwischen einer Zentrierstruktur 9 und einem Kernsegment 8 vorliegende Verbindung gelöst.
Die 2 gibt zudem die aus der 1 bekannte Anordnung aus Gehäuse 2 und Kern 5 vor dem Entformen des Gehäuses 2 und somit mit noch im Gehäuse 2 positioniertem Kern 5 wieder. Die Kernsegmente 8 wurden dabei bereits in deren Entformungsstellungen 7 bewegt.
Die 3 und 4 zeigen wiederum die bereits aus der 2 bekannte Anordnung des Gehäuses 2 und des Kerns 5 in einer stirnseitigen Aufsicht, wobei sich die Kernsegmente 8 in der Darstellung der 3 in ihrer Entformungsstellung 7 und in der Darstellung der 4 in ihrer Gießstellung 6 befinden. Den 3 und 4 ist hierbei zu entnehmen, dass sich die Kernsegmente 8 in der Gießstellung 6 gegenüber der Entformungsstellung 7 normal zur Mittellängsachse 15 des Gehäuses 2, hier also radial, weiter nach außen verlagert befinden und mit dem Rest des Kerns 5 die beim Gießen im Gehäuse 2 abzubildende Sollkontur des Kerns 5 bilden. Die Mittellängsachse des Kerns 5 deckt sich hierbei mit der Mittellängsachse 15 des Gehäuses 2.
Den 5 und 6 ist darüber hinaus ein nach dessen Erzeugen bereitgestelltes Gehäuse 2 zu entnehmen. Neben den über die Kernsegmente 8 des Kerns 5 ausgeformten Zentrierstrukturen 9 wurde vermittels des Gießens, wie insbesondere die 5 zeigt, in jeder der Zentrierstrukturen 9 eine Kühlstruktur 4 und über den Kern 5 im Gehäuse 2 zudem vier Aufnahmen 19 ausgeformt. Diese Aufnahmen 19 bilden dabei ein Lager für die z. B. in den 8 bis 13 näher dargestellten Verbindungselemente 20. Im Gegensatz zu den Zentrierstrukturen 9 und den Kühlstrukturen 4 weist eine jede Aufnahme 19 hierbei eine Entformungsschräge 10 auf. Eine jede Kühlstruktur 4 ist zudem über eine Vielzahl von Kühlkanälen 12 ausgebildet, wobei diese Kühlkanäle 12 mit ihrer Längserstreckung 13 der Umfangsrichtung 14 des Gehäuses 2 folgend und somit quer zur Mittellängsachse 15 des Gehäuses 2 ausgeformt wurden.
Der 6 ist darüber hinaus nochmals deutlicher zu entnehmen, dass die Zentrierstrukturen 9 sowie die Kühlstrukturen 4 über den Umfang des Gehäuses 2, hier über drei Bereiche des Gehäuses 2 verteilt, ausgeformt sind. In einem der Bereiche, hier in dem in der Darstellung der 6 oberen Bereich des Gehäuses 2, sind die Kühlstruktur 4 sowie die Zentrierstruktur 9 über zwei getrennt und in Umfangsrichtung 14 des Gehäuses 2 beabstandete Teilstrukturen ausgeformt.
Ein Längsschnitt des bereits aus den 5 und 6 bekannten Gehäuses 2 ist ferner der 7 zu entnehmen. Die 7 beinhaltet dabei zudem eine Detailansicht der eine jede der Kühlstrukturen 4 ausbildenden Kühlkanäle 12. In der 7 selbst sowie in der Detailansicht ist dabei weiterhin aufgezeigt, dass die Zentrierstruktur 9 aufgrund der Ausformung der Kühlkanäle 12 in der Zentrierstruktur 9 über mehrere Rippen 16 ausgebildet wird. In diesem Zusammenhang ist anzuführen, dass die je Zentrierstruktur 9 durch die Kühlkanäle 12 getrennten und somit in Richtung der Mittellängsachse 15 des Gehäuses 2 zueinander beabstandeten Rippen 16 mit einem zu der Mittellängsachse 15 konstanten Innenradius 17 und somit bündig miteinander abschließend sowie in Richtung der Mittellängsachse 15 auszubildende Längskanten 18 der Zentrierstruktur 9 parallel zur Mittellängsachse 15 verlaufend ausgeformt wurden. Ferner beschreibt die 7, dass das vermittels des Gießens über den in den 1 bis 4 dargestellten Kern 5 und eine nicht näher aufgezeigte Gießform erzeugte Gehäuse 2, wie z. B. auch in der 5 zu erkennen, topfförmig, mit dem Gehäuseboden 21 und der umlaufenden Gehäusewandung 22 ausgeformt wurde, wobei die Gehäusewandung 22 eine Entformungsschräge 10 aufweist.
Aus den weiteren 8 bis 13 geht darüber hinaus das auf das Bereitstellen des Gehäuses 2 erfolgende Zentrieren des Stators 1 im Gehäuse 2 sowie das Fügen des Stators 1 mit dem Gehäuse 2 zur Statorbaugruppe 3 hervor, wobei die 8, 10 und 12 den Stator 1 und das Gehäuse 2 jeweils vor und die 9, 11 und 13 die Statorbaugruppe 3 nach dem Zentrieren des Stators 1 im Gehäuse 2 und dem Fügen des Stators 1 mit dem Gehäuse 2 aufzeigen.
Zum Zentrieren des Stators 1 im Gehäuse 2 wird beim Einfügen respektive Verpressen des Stators 1 im Gehäuse 2 eine Passung mit geringem Übermaß zwischen dem Stator 1 und dem Gehäuse 2, hier den Zentrierstrukturen 9 und dem Blechpaket 11 des Stators 1 ausgebildet. Die Passung ist dabei jedoch derart ausgelegt, dass das Gehäuse 2 und der Stator 1 nicht drehmomentfest gefügt werden. Das eigentliche, drehmomentfeste Fügen des Stators 1 mit dem Gehäuse 2 wird auf das Einbringen des Stators 1 in das Gehäuse 2 und dem dabei erfolgenden Zentrieren durchgeführt, indem, wie insbesondere den 10 und 11 zu entnehmen ist, über die in den Stator 1, hier in die Montagelaschen 23 des Blechpakets 11, und jeweils eine der Aufnahmen 19 des Gehäuses 2 eingreifenden Verbindungselemente 20 eine Verbindung zwischen dem Stator 1 und dem Gehäuse 2 ausgebildet wird. Im Speziellen weisen die Aufnahmen 19 in der Weiterbildung der 8 bis 13 hierfür jeweils eine Ausnehmung mit einem Innengewinde auf, welche bevorzugt als eine Gewindebohrung ausgeführt ist. Über diese Ausnehmungen wird der Stator 1 mittels der als Schrauben ausgeführten Verbindungselemente 20 mit dem Gehäuse 2 verschraubt, sodass ein auf den Stator 1 wirkendes Drehmoment - im Wesentlichen - über die Verbindungselemente 20 und die Aufnahmen 19 vom Stator 1 auf das Gehäuse 2 und nicht respektive lediglich in einem zu vernachlässigenden Maß über die zwischen den Zentrierstrukturen 9 und dem Blechpaket 11 etablierte Presspassung übertragen wird.
Zur Verbesserung des Überströmens des Stators 1 mit einem Kühl- oder einem Kühlschmiermittel sind in den Montagelaschen 23, wie in der Detaildarstellung der 8 deutlich dargelegt, zudem Durchlassöffnungen 24 ausgebildet.
Darüber hinaus geht insbesondere aus der Detaildarstellung der 13 hervor, dass die im Gehäuse 2, im Speziellen die in der umlaufenden Gehäusewandung 22 des Gehäuses 2, eingelassen ausgeformten Kühlkanäle 12 einseitig, und zwar in Richtung des Stators 1, grundsätzlich offen gestaltet sind. So lässt sich aufgrund der im Rahmen des Verfahrens ermöglichten, flexiblen Gestaltungsmöglichkeiten der Kühlstruktur 4 eine effiziente Kühllösung für die Statorbaugruppe 3 bereitstellen, in welcher ein Kühlmittel oder Kühlschmiermittel, beispielsweise ein Öl, unmittelbar in Kontakt mit dem Stator 1 treten kann und eine hohe Überströmung mit dem Kühl- oder Kühlschmiermittel ermöglicht wird. Durch das unmittelbare Anliegen der Kühlstruktur 4 am Stator 1 und hierbei am Blechpaket 11 des Stators 1 werden die Kühlkanäle 12 gezielt verschlossen.
Bezugszeichenliste

1: Stator
2: Gehäuse
3: Statorbaugruppe
4: Kühlstruktur
5: Kern
6: Gießstellung
7: Entformungsstellung
8: Kernsegment
9: Zentrierstruktur
10: Entformungsschräge
11: Blechpaket
12: Kühlkanal
13: Längserstreckung
14: Umfangsrichtung
15: Mittellängsachse
16: Rippe
17: Innenradius
18: Längskante
19: Aufnahme
20: Verbindungselement
21: Gehäuseboden
22: Gehäusewandung
23: Montagelasche
24: Durchlassöffnung

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

DE 102016223968 A1 [0010]
DE 102018217638 A1 [0011]
DE 102019220059 A1 [0012]

Claims

Verfahren zur Herstellung einer einen Stator (1) und ein Gehäuse (2) aufweisenden Statorbaugruppe (3), wobei das Gehäuse (2) bereitgestellt und der Stator (1) in dem Gehäuse (2) gefügt wird, das Gehäuse (2) zu dessen Bereitstellung zunächst durch Gießen erzeugt und vermittels des Gießens wenigstens eine Kühlstruktur (4) im Gehäuse (2) ausgeformt wird, dadurch gekennzeichnet, dass zum Gießen ein Kern (5) einer Gießform in einen Formhohlraum der Gießform eingeführt wird, wobei der Kern (5) wenigstens ein zwischen einer Gießstellung (6) und einer Entformungsstellung (7) beweglich gelagertes Kernsegment (8) aufweist, folgend vermittels des Gießens über ein jedes Kernsegment (8) im Gehäuse (2) wenigstens eine Zentrierstruktur (9) ausgeformt wird, wobei eine jede Zentrierstruktur (9) keine Entformungsschräge (10) aufweist und nach dem Ausformen einer jeden Zentrierstruktur (9) ein jedes Kernsegment (8) aus dessen Gießstellung (6) in dessen Entformungsstellung (7) bewegt wird, wobei eine nach dem Erzeugen des Gehäuses (2) in der Gießstellung (6) des Kernsegments (8) zwischen dem Gehäuse (2) und einem Kernsegment (8) vorliegende Verbindung durch das Bewegen des Kernsegments (8) gelöst wird.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass vermittels des Gießens über ein jedes Kernsegment (8) des Kerns (5) zudem die wenigstens eine Kühlstruktur (4) ausgeformt wird, wobei die Kühlstruktur (4) keine Entformungsschräge (10) aufweist.
Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass eine jede Kühlstruktur (4) über eine Vielzahl von Kühlkanälen (12) ausgebildet wird, welche mit ihrer Längserstreckung (13) der Umfangsrichtung (14) des Gehäuses (2) folgend und somit quer zu einer Mittellängsachse (15) des Gehäuses (2) ausgeformt werden.
Verfahren nach zumindest einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Kühlkanäle (12) in der Zentrierstruktur (9) ausgeformt werden, sodass die Zentrierstruktur (9) über mehrere Rippen (16) ausgebildet wird.
Verfahren nach zumindest einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass je Zentrierstruktur (9) durch die Kühlkanäle (12) getrennte und somit in Richtung einer Mittellängsachse (15) des Gehäuses (2) zueinander beabstandete Rippen (16) mit einem zu der Mittellängsachse (15) konstanten Innenradius (17) und somit bündig miteinander abschließend sowie in Richtung der Mittellängsachse (15) auszubildende Längskanten (18) der Zentrierstruktur (9) parallel zur Mittellängsachse (15) verlaufend ausgeformt werden.
Verfahren nach zumindest einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass vermittels des Gießens über den Kern (5) und/oder die Gießform im Gehäuse (2) wenigstens eine Aufnahme (19) für ein Verbindungselement (20) ausgeformt wird, wobei eine jede Aufnahme (19) eine Entformungsschräge (10) aufweist.
Verfahren nach zumindest einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass vermittels des Gießens über den Kern (5) und/oder die Gießform in einer jeden Aufnahme (19) Öffnungen ausgeformt werden.
Verfahren nach zumindest einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass vermittels des Gießens über den Kern (5) und/oder die Gießform das Gehäuse (2) topfförmig, mit einem Gehäuseboden (21) und einer umlaufenden Gehäusewandung (22) ausgeformt wird, wobei zumindest die Gehäusewandung (22) eine Entformungsschräge (10) aufweist.
Verfahren nach zumindest einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Stator (1) im Gehäuse (2) zentriert und/oder teilweise gefügt wird, indem eine Passung mit geringem Übermaß zwischen dem Stator (1) und dem Gehäuse (2) ausgebildet wird, wobei die Passung derart ausgelegt ist, dass das Gehäuse (2) und der Stator (1) nicht drehmomentfest gefügt werden.
Verfahren nach zumindest einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Stator (1) drehmomentfest im Gehäuse (2) gefügt wird, indem über ein zumindest in den Stator (1) und jeweils eine Aufnahme (19) des Gehäuses (2) eingreifendes Verbindungselement (20) eine Verbindung zwischen dem Stator (1) und dem Gehäuse (2) ausgebildet wird.