WO2023099094A1 - Kühlkörper für ein statorgehäuse - Google Patents

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WO2023099094A1
WO2023099094A1 PCT/EP2022/080107 EP2022080107W WO2023099094A1 WO 2023099094 A1 WO2023099094 A1 WO 2023099094A1 EP 2022080107 W EP2022080107 W EP 2022080107W WO 2023099094 A1 WO2023099094 A1 WO 2023099094A1
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WO
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heat sink
stator housing
stator
housing
cooling
Prior art date
Application number
PCT/EP2022/080107
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English (en)
French (fr)
Inventor
Markus Lang
Robert Schmidt
Original Assignee
Bayerische Motoren Werke Aktiengesellschaft
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Publication date
Application filed by Bayerische Motoren Werke Aktiengesellschaft filed Critical Bayerische Motoren Werke Aktiengesellschaft
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    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02K—DYNAMO-ELECTRIC MACHINES
    • H02K5/00—Casings; Enclosures; Supports
    • H02K5/04—Casings or enclosures characterised by the shape, form or construction thereof
    • H02K5/20—Casings or enclosures characterised by the shape, form or construction thereof with channels or ducts for flow of cooling medium
    • H02K5/203—Casings or enclosures characterised by the shape, form or construction thereof with channels or ducts for flow of cooling medium specially adapted for liquids, e.g. cooling jackets
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02K—DYNAMO-ELECTRIC MACHINES
    • H02K15/00—Methods or apparatus specially adapted for manufacturing, assembling, maintaining or repairing of dynamo-electric machines
    • H02K15/14—Casings; Enclosures; Supports

Definitions

  • the invention relates to a heat sink for contacting an outer surface of a component to be cooled, a stator housing arrangement for an electric drive machine and a method for assembling a stator housing arrangement.
  • waste heat is generated during operation, which has to be dissipated.
  • This can be achieved by cooling the housing, in which the waste heat is released to the ambient air, for example via cooling fins on the housing, or to a cooling medium guided therein via a heat sink.
  • a cooling channel can be integrated directly into a housing.
  • a housing can consist of several parts, with the cooling channel being represented on the surface of one of these parts.
  • Such cooling channels can be implemented, for example, using common casting methods or by mechanical processing.
  • the design of an internal cooling channel in a housing is limited, for example by the need to remove the sand core and the core supports.
  • the housing parts and areas of the cooling channel that are in contact with the housing parts often have to be mechanically reworked in a complex manner so that the housing parts can be joined properly.
  • Newer approaches such as 3D printing processes, SLM processes (SLM: Selective Laser Melting) and the like are often limited by the size of a corresponding production system or a maximum component size specified by this, comparatively high costs and long production times are limited and therefore cannot be used profitably for series use or mass production.
  • WO 2018/114 099 A1 describes a cooling jacket housing, in particular for an electrical machine.
  • the housing has a cooling jacket which extends from a fluid inlet to a fluid outlet and is formed in a housing wall, which cooling jacket surrounds a central axis in the manner of a ring and through which fluid can flow.
  • the cooling jacket is divided into a plurality of cooling jacket segments which are adjacent in the circumferential direction and each of which has a segment inlet and a segment outlet for the fluid.
  • the fluid is divided into two partial flows, which lead to different cooling jacket segments.
  • the electrical machine there has a plurality of winding pieces designed as waveguides, which form different coils of a winding of the electrical machine and are each part of a cooling circuit of the electrical machine.
  • a heat sink for contacting an outer surface to be cooled, in particular in the shape of a cylinder jacket, of a component to be cooled, in particular a stator housing, for an electric drive machine.
  • the heat sink has at least: a flexible peripheral wall, in particular shaped like a hose, which has at least one cooling fluid line cross section and a length that is several times greater than the line cross section, so that the heat sink forms at least one cooling channel.
  • a peripheral area is recessed along at least part of the longitudinal extension of the peripheral wall, so that the wall edges created by the recess are set up to be placed against the outer surface of the component to be cooled.
  • the heat sink is a hose, part of which is cut out of the hose wall.
  • the cooling fluid in the heat sink can flow directly along the outer surface of the component to be cooled through the recess. This achieves a direct, and therefore much stronger, heat transfer than with a comparable heat sink, which instead rests with its peripheral wall on the outer surface of the component to be cooled.
  • a stator housing arrangement for an electric drive machine having at least: (a) a stator housing with a stator housing receptacle, which has an inner cylinder housing for receiving an outer stator housing and an outer surface in the shape of a cylinder housing; (b) at least one heat sink according to an embodiment of the invention arranged on the outer surface and connected thereto at the wall edges.
  • Very simple stator cooling can thus be implemented, which combines high heat dissipation due to the recess in the heat sink with a single-walled design of the stator housing.
  • mounting the heat sink on the outer surface of the stator housing is extremely easy.
  • a method for assembling a stator housing assembly comprising at least the following method steps: (i) winding and/or splaying a heat sink according to an embodiment of the invention around the outer surface of a stator shell receptacle; (ii) if additionally necessary (ie according to one embodiment), applying the wall edges to the outer surface; (iii) Connecting, in particular gluing and/or fusing, the heat sink to the outer surface.
  • Stator cooling can thus be provided that is neither complex to assemble, as is the case with a double-walled stator housing with an inserted Cooling channel structure, still complex to form, such as in a stator housing that has a cast-in cooling channel structure.
  • the invention is based, among other things, on the consideration that in the case of double-walled cast housings with internal cooling, the structurally correct representation of the housing and the cooling channel or cooling channels is often very complex (e.g. dividing the housing, draft angles, etc.) and the implementation of an internal cooling channel necessary sand cores and core supports have to be knocked out or shaken out after the casting process. Furthermore, depending on the concept, the sealing of the coolant interfaces (e.g. in the area of the deflections) is very complex and can pose a certain residual risk of leaks. In additive manufacturing, the system size is often the limiting factor for the housing or the process is not (yet) economical due to the duration and costs for large-scale use.
  • the invention is now based, among other things, on the idea of placing a flexible, ie bendable, tube-like heat sink around an outer wall of the housing.
  • the heat sink is open on the contact side to the housing, i.e. the cooling medium flows directly on the outer wall of the housing, which ensures an optimal connection and thus heat dissipation. Due to the flexible, tubular structure, the heat sink can be applied in virtually any shape and any course.
  • the open area of the heat sink is fixed to the housing, e.g. glued, in order to create a closed system from the outside.
  • the two coolant interfaces for supplying and removing a cooling fluid can be arranged at the two ends of the heat sink.
  • the peripheral wall is designed to be flexible for easier assembly, in particular as a flexible fabric and/or plastic hose.
  • the peripheral wall is designed with a sheet metal construction, in particular a deep-drawn one, for a more robust embodiment.
  • the wall edges form contact surfaces, for example in the form of a peripheral collar, which are designed to contact the outer surface connected in a coolant-tight manner, in particular glued and/or melted, for example ultrasonically or friction-welded, so that in particular the surface area of the area to be bonded is increased and the adhesive effect is significantly improved.
  • a cooling channel is defined, the delimiting cross-section of which is then formed in the recessed peripheral area by the outer surface of the component to be cooled itself.
  • the connecting seams--embodied, for example, as a line of adhesive or as a melt of a material introduced for the connection or present in the peripheral wall--the latter optionally form the delimiting cross-section.
  • the cut-out peripheral area makes up a proportion of between 25% and 60%, in particular between 30% and 40% of the full circumference.
  • the largest possible contact surface between the cooling fluid and the outer surface can be connected with the largest possible cooling fluid flow.
  • the flexibility of the peripheral wall is designed to allow the heat sink to be wound multiple times around an outer surface, in particular in the form of a hollow cylinder jacket, of the component to be cooled.
  • the parameters of the flexibility of the peripheral wall are selected such that the bends can be implemented so as to be impermeable to cooling fluid, which result, for example, from a curvature of the outer surface of the component to be cooled and/or from a desired cooling channel geometry.
  • an outer surface in the form of a cylinder jacket is cooled by means of a heat sink, the peripheral wall of which has a spiral or meandering or, singly or multiple, helical arrangement on the outer surface.
  • the line cross-section, away from the cut-out peripheral area is partially ellipsoidal, in particular partially circular. This enables a large amount of cooling fluid to be guided relative to a contact area of the cooling fluid in the recessed portion of the peripheral wall of the heat sink.
  • the line cross-section, away from the cut-out peripheral area is prismatic, in particular rectangular. This makes it possible to connect a large contact area of the cooling fluid with a small, for example radial, oversize of the heat sink.
  • the recessed peripheral area has a constant central peripheral position along the longitudinal extent of the recess. This makes the heatsink easier to manufacture.
  • an entry interface and an exit interface for the cooling fluid are arranged at opposite ends of the heat sink and/or the cooling fluid is routed outside the heat sink away from other components of the stator housing.
  • FIG. 1 shows a schematic perspective view of a stator housing arrangement according to an exemplary embodiment of the invention.
  • FIG. 2 shows a schematic perspective view of the heat sink of the stator housing arrangement from FIG. 1 , which is designed according to an exemplary embodiment of the invention.
  • FIG. 3 shows a section of the heat sink from FIG. 2 from a different perspective.
  • 4 shows, in three different views, a flexible heat sink according to an embodiment of the invention before it is wound onto the stator housing of the stator to be cooled.
  • the stator housing arrangement 1 shows a stator housing arrangement 1 for an electric drive machine of a motor vehicle.
  • the stator housing arrangement 1 has a stator housing 2 with a stator housing receptacle 4, which has an inner cylinder housing for receiving an outer stator housing and an outer surface 6 in the shape of a cylinder housing.
  • the stator housing arrangement 1 also has a heat sink 8 which is designed with a peripheral wall 14 as a flexible hose made of a plastic and/or rubber material which is arranged on the outer surface 6 and is glued to it at contact surfaces 11 of wall edges 10 .
  • the wall edges 10 result from a recess 12 of a peripheral part of the heat sink in that peripheral region of a peripheral wall 14 on which the heat sink 8 rests on the outer surface 6 . In this way, the heat sink 8 forms a cooling channel 16 .
  • the cooling fluid can be dissipated directly from the outer surface 6 during operation of the drive machine, the waste heat without additional heat transfer through the peripheral wall 14.
  • the recessed peripheral area makes up a proportion of about 35% of the entire circumference. In this way, a sufficiently large proportion of the outer surface is brought into direct contact with the cooling fluid to ensure sufficient heat transfer.
  • the cut-out peripheral area has a constant central peripheral position along the longitudinal extension of the cut-out.
  • the heat sink 8 has an inlet interface 18 and an outlet interface 20 for the cooling fluid.
  • a housing part arranged radially outside of the heat sink is therefore not required because the cooling fluid is not guided into housing parts beyond the heat sink.
  • the wall edges 10 with their contact surfaces 11 can be seen better in FIGS. 2 and 3 than in FIG.
  • the heat sink 8 can be designed here as a fabric hose and is made of a plastic that is resistant to temperature, weather, and cooling media. In particular, it is constructed in layers with additional materials. These additional materials can be introduced into the hose either as fillers or as fabric inserts and on the one hand increase the strength/resistance of the fabric hose and on the other hand improve its adhesion to the housing surface. For example, a thin aluminum fabric layer can be applied (especially vulcanized) to the contact side of the hose to the housing 2.
  • the fabric tube is applied to the housing 2 under slight tension (cf. the application of the grip tape to the tennis racket).
  • the hose has a circumferential collar on its contact side towards the housing as contact surfaces 11, which enlarges the surface of the area to be bonded and significantly improves the adhesive effect.
  • the collar is not shown in FIGS. 1 to 3 so that the illustration can be understood.
  • Fig. 4 the heat sink before it is wound onto the housing 2 is shown in different views - two different perspectives and a sectional view.
  • the contact surfaces 11 designed as collars are clearly visible.
  • Such a contact surface collar 11 can, for example, be connected to the actual tube body as a separate component by vulcanization.
  • the adhesive also fulfills that of sealing the cooling medium.
  • the hose is glued to the housing using common one- or two-component adhesives for plastics and metal (e.g. from 3M, Würth, Loctite or Weicon) using the process steps "clean and degrease surfaces", "mix and apply adhesive".
  • the exemplary embodiment thus shows a flexible, hose-like heat sink 8 which is open on its contact side towards the housing (see in particular the enlarged representation in FIG. 3).
  • stator housing 2 is mechanically processed on its contact side with the heat sink 8, for example roughened, so that this surface represents the best possible cooling connection for the cooling hose.
  • the heat sink is mechanically connected and glued to the housing via its contact surface facing the housing, in order thus to form a cooling channel 16 which is closed to the outside.
  • the flexibly bendable, hose-shaped heat sink s allows almost any design of the cooling channel, for example in a meander shape, helix shape, or otherwise, in a simple manner.
  • the heat sink 8 (which can otherwise be shaped as in FIGS. 1 to 3 and/or have a collar as in FIG. 4) is formed from sheet aluminum and connected to the housing surface by means of a welding process.
  • a thin-walled aluminum hose body is less flexible than a fabric hose.
  • a certain flexibility / adaptability in the contour can be achieved with a thin wall thickness of the hose body, but this does not reach that of the fabric hose.
  • the inner contour of the hose body must be based on the outer contour of the housing on the one hand and the course of the cooling channel (in the example shown here a spiral shape) on the other hand must be modeled as far as possible, which must be taken into account during the manufacturing process of the hose body (e.g. deep drawing and contour forming).
  • a circumferential pad can be placed on the contact side of the hose body to the Housing to be attached.
  • the hose body can have a peripheral collar on its contact side to the housing (see FIG. 4), which enlarges the surface of the area to be welded and improves the sealing effect (with the optional pads).
  • a collar can be connected (glued) to the actual hose body as a separate component analogous to the fabric hose, for example, or such a collar can be produced directly during the manufacturing process of the hose body.
  • a tool eg a quarter-circle stamp
  • This tool presses the outer contour of the hose body onto the housing in a defined manner.
  • This tool runs with the electrode in the circumferential direction around the hose body, so that contact between the inner contour of the hose body and the outer contour of the housing is always ensured in the area of the current welding process.

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Abstract

Die Erfindung betrifft eine Statorgehäuseanordnung für eine elektrische Antriebsmaschine, aufweisend ein Statorgehäuse mit einer Statormantelaufnahme, welche einen Zylinderinnenmantel zur Aufnahme eines Statoraußenmantels und eine zylindermantelförmige Außenfläche aufweist, und wenigstens einen Kühlkörper, der an der Außenfläche angeordnet und mit dieser an Wandungsrändern verbunden ist. Ferner betrifft die Erfindung einen Kühlkörper und ein Verfahren zur Montage einer Statorgehäuseanordnung.

Description

Kühlkörper für ein Statorgehäuse
Die Erfindung betrifft einen Kühlkörper zur Anlage an eine zu kühlende Außenfläche eines zu kühlenden Bauteils, eine Statorgehäuseanordnung für eine elektrische Antriebsmaschine sowie ein Verfahren zur Montage einer Statorgehäuseanordnung.
In einer elektrischen Antriebsmaschine wird im Betrieb Abwärme erzeugt, die abgeführt werden muss. Dies kann über eine Gehäusekühlung erreicht werden, bei der die Abwärme beispielsweise über Kühlrippen am Gehäuse an die Umgebungsluft oder über einen Kühlkörper an ein darin geführtes Kühlmedium abgegeben wird. Bei der Verwendung eines Kühlkanals kann dieser direkt in einem Gehäuse integriert sein. Ebenso kann ein Gehäuse aus mehreren Teilen bestehen, wobei der Kühlkanal auf der Oberfläche eines dieser Teile dargestellt wird. Solche Kühlkanäle können beispielsweise mittels gängiger Gussverfahren oder durch mechanische Bearbeitung umgesetzt werden. Die Gestaltung eines innenliegenden Kühlkanals in einem Gehäuse ist dabei jedoch limitiert, beispielsweise durch die Notwendigkeit des Entfernens des Sandkerns und der Kernstützen. Bei herkömmlichen mehrteiligen Gehäusen müssen die Gehäuseteile und Bereiche des Kühlkanals, die Kontakt zu den Gehäuseteilen haben, oftmals aufwendig mechanisch nachgearbeitet werden, damit sich die Gehäuseteile ordnungsgemäß fügen lassen. Neuere Ansätze, wie etwa 3D-Druckverfahren, SLM-Verfahren (SLM: Selective Laser Melting) und dergleichen sind oftmals durch eine Größe einer entsprechenden Fertigungsanlage bzw. einer durch diese vorgegebenen maximalen Bauteilgröße, vergleichsweise hohe Kosten und lange Fertigungsdauern limitiert und daher für einen Serieneinsatz oder die Massenproduktion nicht rentabel einsetzbar.
Beispielsweise ist in der WO 2018 / 114 099 A1 ein Kühlmantel-Gehäuse, insbesondere für eine elektrische Maschine, beschrieben. Das Gehäuse weist dort einen sich von einem Fluideinlass zu einem Fluidauslass erstreckenden, in einer Gehäusewandung ausgebildeten Kühlmantel auf, der ringartig eine Mittelachse umgibt und von Fluid durchströmbar ist. Der Kühlmantel ist dabei in mehrere, in Umfangsrichtung benachbarte Kühlmantel-Segmente unterteilt, von denen jedes einen Segment-Eingang und einen Segment-Ausgang für das Fluid aufweist. Das Fluid wird an einer ersten Verzweigung in zwei Teilströme aufgeteilt, die zu unterschiedlichen Kühlmantel-Segmenten führen.
Ein anderer Ansatz für eine Kühlung einer elektrischen Maschine ist in der DE 10 2018 129 226 A1 beschrieben. Die dortige elektrische Maschine weist mehrere als Hohlleiter ausgebildete Wicklungsstücke auf, die verschiedene Spulen einer Wicklung der elektrischen Maschine bilden und jeweils Teil eines Kühlkreislauf der elektrischen Maschine sind.
Vor diesem Hintergrund ist es eine Aufgabe der Erfindung, eine besonders einfache Möglichkeit zum Einhausen einer elektrischen Maschine anzugeben, die gleichzeitig eine effektive Kühlung der elektrischen Antriebsmaschine ermöglicht.
Jeder der unabhängigen bzw. nebengeordneten Ansprüche bestimmt mit seinen Merkmalen einen Gegenstand, der diese Aufgabe löst. Die abhängigen Ansprüche betreffen vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung.
Gemäß einem Aspekt wird offenbart ein Kühlkörper zur Anlage an eine zu kühlende, insbesondere zylindermantelförmige, Außenfläche eines zu kühlenden Bauteils, insbesondere eines Statorgehäuses, für eine elektrische Antriebsmaschine.
Der Kühlkörper weist zumindest auf: eine biegsame Umfangswandung, insbesondere schlauchartig geformt, die wenigstens einen Kühlfluid-Leitungsquerschnitt und eine im Vergleich zu dem Leitungsquerschnitt mehrfach größere Längserstreckung aufweist, sodass der Kühlkörper wenigstens einen Kühlkanal ausbildet. Entlang wenigstens eines Teils der Längserstreckung aus der Umfangswandung ist ein Umfangsbereich ausgenommen, sodass die durch die Ausnehmung entstandenen Wandungsränder dazu eingerichtet sind, an die Außenfläche des zu kühlenden Bauteils angelegt zu werden. Gemäß einer Ausführung ist der Kühlkörper ein Schlauch, aus dessen Schlauchwand ein Teil ausgenommen ist.
Durch die Ausnehmung kann das Kühlfluid in dem Kühlkörper direkt an der Außenfläche des zu kühlenden Bauteils entlang strömen. Damit wird eine direkte, und damit sehr viel stärkere Wärmeübertragung erreicht als bei einem vergleichbaren Kühlkörper, der stattdessen mit seiner Umfangswandung an der Außenfläche des zu kühlenden Bauteils anliegt.
Gemäß einem weiteren Aspekt wird offenbart eine Statorgehäuseanordnung für eine elektrische Antriebsmaschine, aufweisend zumindest: (a) ein Statorgehäuse mit einer Statormantelaufnahme, welche einen Zylinderinnenmantel zur Aufnahme eines Statoraußenmantels und eine zylindermantelförmige Außenfläche aufweist; (b) wenigstens einen Kühlkörper nach einer Ausführung der Erfindung, der an der Außenfläche angeordnet und mit dieser an den Wandungsrändern verbunden ist.
Damit kann eine sehr einfache Statorkühlung realisiert werden, die einen hohen Wärmeabtransport aufgrund der Ausnehmung des Kühlkörpers mit einer einwandigen Ausbildung des Statorgehäuses verbindet. Zudem ist die Montage des Kühlkörpers an der Außenfläche des Statorgehäuses denkbar einfach.
Gemäß einem weiteren Aspekt wird offenbart ein Verfahren zur Montage einer Statorgehäuseanordnung, aufweisend zumindest die folgenden Verfahrensschritte: (i) Wickeln und/oder gespreiztes Aufschieben, eines Kühlkörpers gemäß einer Ausführung der Erfindung, um die Außenfläche einer Statormantelaufnahme; (ii) falls zusätzlich nötig (also gemäß einer Ausführung), Anlegen der Wandungsränder an die Außenfläche; (iii) Verbinden, insbesondere Verkleben und/oder Anschmelzen, des Kühlkörpers an die Außenfläche.
Damit kann eine Statorkühlung bereitgestellt werden, die weder komplex zu montieren ist, wie beispielsweise bei einem doppelwandigen Statorgehäuse mit eingelegter Kühlkanalstruktur, noch komplex zu formen, wie beispielsweise bei einem Statorgehäuse, das eine eingegossene Kühlkanalstruktur aufweist.
Der Erfindung liegt unter anderem die Überlegung zugrunde, dass bei doppelwandigen Gussgehäusen mit innenliegender Kühlung die konstruktionsgerechte Darstellung des Gehäuses und des Kühlkanals bzw. der Kühlkanäle oftmals sehr aufwändig ist (z.B. Teilung des Gehäuses, Entformungsschrägen, etc.) und die zur Umsetzung eines innenliegenden Kühlkanals nötigen Sandkerne und Kernstützen im Anschluss an den Gießvorgang aufwändig herausgeklopft bzw. -geschüttelt werden müssen. Des Weiteren ist das Abdichten der Kühlmittel-Schnittstellen (z.B. im Bereich der Umlenkungen), je nach Konzept, sehr aufwändig und kann ein gewisses Restrisiko für Leckagen darstellen. Bei der additiven Fertigung sind oftmals die Anlagengröße limitierend für das Gehäuse bzw. ist der Prozess aufgrund der Dauer und Kosten für den Großserieneinsatz (noch) nicht wirtschaftlich.
Die Erfindung basiert nun unter anderem auf der Idee, einen flexiblen, sprich biegsamen, schlauchartigen Kühlkörper um eine Gehäuseaußenwand zu legen. Der Kühlkörper ist auf der Kontaktseite zum Gehäuse offen, d.h. das Kühlmedium strömt direkt an der Außenwand des Gehäuses, wodurch eine optimale Anbindung und somit Wärmeabfuhr sichergestellt wird. Durch den flexiblen, schlauchförmigen Aufbau kann der Kühlkörper quasi in jeder beliebigen Form und einem beliebigen Verlauf aufgebracht werden. Der offene Bereich des Kühlkörpers wird auf das Gehäuse fixiert, z.B. verklebt, um somit ein nach außen geschlossenes System darzustellen. An den beiden Enden des Kühlkörpers können die beiden Kühlmittel-Schnittstellen für Zu- und Abführung eines Kühlfluids angeordnet sein.
Die Umfangswandung ist gemäß einer Ausführung für eine einfachere Montage biegsam ausgebildet, insbesondere als ein flexibler Gewebe- und/oder Kunststoffschlauch.
Gemäß einer alternativen Ausführung ist die Umfangswandung für eine robustere Ausführung mit einer, insbesondere tiefgezogenen, Blechkonstruktion ausgebildet.
Gemäß einer Ausführung bilden die Wandungsränder Kontaktflächen, beispielsweise in Form eines umlaufenden Kragens, aus, die dazu ausgebildet sind, mit der Außenfläche kühlfluiddicht verbunden, insbesondere verklebt und/oder angeschmolzen, beispielsweise Ultraschall- oder reibverschweißt, zu werden, sodass insbesondere die Oberfläche des zu klebenden Bereichs vergrößert und die Klebewirkung erheblich verbessert wird.
Dadurch wird ein Kühlkanal festgelegt, dessen Begrenzungs-Querschnitt dann im ausgenommenen Umfangsbereich von der Außenfläche des zu kühlenden Bauteils selbst ausgebildet wird. An den Verbindungsnähten - beispielsweise ausgebildet als Klebstofflinie oder als Schmelze eines zur Verbindung eingebrachten oder in der Umfangswandung vorliegenden Materials - bilden diese gegebenenfalls den Begrenzungs-Querschnitt aus.
Gemäß einer Ausführung macht der ausgenommene Umfangsbereich einen Anteil von zwischen 25% und 60%, insbesondere von zwischen 30% und 40% des vollständigen Umfangs aus. Damit kann - angepasst an den Anwendungsfall - eine möglichst große Kontaktfläche zwischen dem Kühlfluid mit und der Außenfläche mit einer möglichst großen Kühlfluidfluss verbunden werden.
Gemäß einer Ausführung ist die Biegsamkeit der Umfangswandung dazu ausgebildet, ein mehrfaches Wickeln des Kühlkörpers um eine, insbesondere hohl-, zylindermantelförmige Außenfläche des zu kühlenden Bauteils zu ermöglichen.
Insbesondere sind also die Parameter der Biegsamkeit der Umfangswandung so gewählt, dass die Biegungen kühlfluiddicht umsetzbar sind, die sich beispielsweise aufgrund einer Krümmung der Außenfläche des zu kühlenden Bauteils und/oder aufgrund einer gewünschten Kühlkanalgeometrie ergeben.
Gemäß einer Ausführung wird eine zylindermantelförmige Außenfläche mittels eines Kühlkörpers gekühlt, dessen Umfangswandung eine spiralförmige oder mäanderförmige oder, einfach oder mehrfach, helixförmige Anordnung auf der Außenfläche aufweist. Gemäß einer Ausführung ist der Leitungsquerschnitt, abseits des ausgenommenen Umfangsbereichs, teilellipsoid, insbesondere teilkreisförmig, ausgebildet. Das ermöglicht eine Führung einer großen Menge von Kühlfluid, bezogen auf eine Kontaktfläche des Kühlfluids in dem ausgenommenen Bereich der Umfangswandung des Kühlkörpers. Gemäß einer Ausführung ist der Leitungsquerschnitt, abseits des ausgenommenen Umfangsbereichs, prismatisch, insbesondere rechteckig, ausgebildet. Das ermöglicht, eine große Kontaktfläche des Kühlfluids mit einem geringen, beispielsweise radialen, Aufmaß des Kühlkörpers zu verbinden.
Gemäß einer Ausführung weist der ausgenommene Umfangsbereich entlang der Längserstreckung der Ausnehmung eine gleichbleibende mittlere Umfangsposition auf. Dadurch ist der Kühlkörper einfacher herzustellen.
Gemäß einer Ausführung sind eine Eintrittsschnittstelle und eine Austrittsschnittstelle für das Kühlfluid an entgegengesetzten Enden des Kühlkörpers angeordnet und/oder ist eine Führung des Kühlfluids außerhalb des Kühlkörpers abseits anderer Bestandteile des Statorgehäuses ausgebildet.
Indem der Kühlkanal ausschließlich durch die Außenfläche des Statorgehäuses und die Umfangswandung des Kühlkörpers ausgebildet wird, entfällt die Notwendigkeit für eine äußere Wand des Statorgehäuses. Damit ist es eben auch möglich, die Kühlfluidführung jenseits der eigentlichen Kühlflächen komplett von dem Statorgehäuse zu entkoppeln.
Weitere Vorteile und Anwendungsmöglichkeiten der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung im Zusammenhang mit den Figuren:
Fig. 1 zeigt in einer schematischen Perspektivansicht eine Statorgehäuseanordnung gemäß einer beispielhaften Ausführung der Erfindung.
Fig. 2 zeigt in einer schematischen Perspektivansicht den Kühlkörper der Statorgehäuseanordnung aus Fig. 1 , der gemäß einer beispielhaften Ausführung der Erfindung ausgebildet ist.
Fig. 3 zeigt einen Ausschnitt des Kühlkörpers aus Fig. 2 aus einer anderen Perspektive. Fig. 4 zeigt in drei verschiedenen Ansichten einen biegsamen Kühlkörper gemäß einer Ausführung der Erfindung vor einem Aufwickeln auf das Statorgehäuse des zu kühlenden Stators.
Fig. 1 zeigt eine Statorgehäuseanordnung 1 für eine elektrische Antriebsmaschine eines Kraftfahrzeugs. Die Statorgehäuseanordnung 1 weist ein Statorgehäuse 2 mit einer Statormantelaufnahme 4 auf, welche einen Zylinderinnenmantel zur Aufnahme eines Statoraußenmantels und eine zylindermantelförmige Außenfläche 6 aufweist.
Die Statorgehäuseanordnung 1 weist ferner einen Kühlkörper 8 auf, der mit einer Umfangswandung 14 als biegsamer Schlauch aus einem Kunststoff- und/oder Gummimaterial ausgebildet ist, der an der Außenfläche 6 angeordnet und mit dieser an Kontaktflächen 11 von Wandungsrändern 10 verklebt ist. Die Wandungsränder 10 resultieren aus einer Ausnehmung 12 eines Umfangsteils des Kühlkörpers in demjenigen Umfangsbereich einer Umfangswandung 14, an welchem der Kühlkörper 8 an der Außenfläche 6 anliegt. Auf diese Weise bildet der Kühlkörper 8 einen Kühlkanal 16 aus.
Durch die Ausnehmung 12 kann das Kühlfluid im Betrieb der Antriebsmaschine die Abwärme direkt von der Außenfläche 6 abgeführt werden, ohne einen zusätzlichen Wärmeübergang durch die Umfangswandung 14. Der ausgenommene Umfangsbereich macht einen Anteil von ca. 35% des vollständigen Umfangs aus. So wird ein ausreichend großer Anteil der Außenfläche in direkten Kontakt mit dem Kühlfluid gebracht, um einen ausreichenden Wärmeübergang sicherzustellen. Für eine einfache Fertigung des Kühlkörper-Schlauchs weist der ausgenommene Umfangsbereich entlang der Längserstre- ckung der Ausnehmung eine gleichbleibende mittlere Umfangsposition auf.
Der Kühlkörper 8 weist eine Eintrittsschnittstelle 18 und eine Austrittsschnittstelle 20 für das Kühlfluid auf. Ein radial außerhalb des Kühlkörpers angeordneter Gehäuseteil ist damit nicht erforderlich, weil das Kühlfluid jenseits des Kühlkörpers nicht in Gehäuseteile geführt wird. Die Wandungsränder 10 mit ihren Kontaktflächen 11 sind in den Figuren 2 und 3 besser erkennbar als in Fig. 1. Die Wandungsränder 10 bilden Kontaktflächen 11 aus, die mit der Außenfläche kühlfluiddicht verklebt sind.
Der Kühlkörper 8 ist kann hier als Gewebeschlauch ausgebildet sein und besteht vorliegend aus einem temperatur-, witterungs- und kühlmedienbeständigen Kunststoff. Insbesondere ist er in Schichtbauweise mit zusätzlichen Materialien aufgebaut. Diese zusätzlichen Materialien können entweder als Füllstoffe oder als Gewebeeinlagen im Schlauch eingebracht sein und erhöhen einerseits die Festigkeit / Widerstandsfähigkeit des Ge- webeschlauchs und verbessern andererseits seine Haftwirkung zur Gehäuseoberfläche hin. So kann z.B. auf der Kontaktseite des Schlauchs zum Gehäuse 2 hin eine dünne Aluminiumgewebeschicht aufgebracht (insbesondere aufvulkanisiert) werden.
Der Gewebeschlauch wird für den eigentlichen Klebeprozess vorliegend unter leichter Spannung auf das Gehäuse 2 aufgebracht (vgl. das Aufbringen des Griffbands auf den Tennisschläger). Im hier dargestellten Beispiel weist der Schlauch an seiner Kontaktseite zum Gehäuse hin als Kontaktflächen 11 einen umlaufenden Kragen auf, welcher die Oberfläche des zu klebenden Bereichs vergrößert und die Klebewirkung erheblich verbessert. Der Kragen ist für die Verständlichkeit der Darstellung in den Figuren 1 bis 3 nicht dargestellt.
In Fig. 4 ist der Kühlkörper vor seinem Aufwickeln auf das Gehäuse 2 in verschiedenen Ansichten dargestellt - zwei unterschiedlichen Perspektiven und einer Schnittansicht. Dabei sind die als Kragen ausgebildete Kontaktflächen 11 gut erkennbar. Ein solcher Kontaktflächen- Kragen 11 kann bspw. als separates Bauteil durch Vulkanisation mit dem eigentlichen Schlauchkörper verbunden werden. Der Kleber erfüllt neben seiner Hauptfunktion des Haftens des Schlauches auf der Gehäuseoberfläche auch die des Abdichtens des Kühlmediums. Das Kleben des Schlauchs auf das Gehäuse erfolgt hier mittels gängiger Ein- oder Zwei-Komponenten-Kleber für Kunststoffe und Metall (z.B. der Firmen 3M, Würth, Loctite oder Weicon) mittels Prozessschritten „Oberflächen reinigen und entfetten“, „Kleber mischen und auftragen“, „Klebepartner fügen und positionieren“ und „Kleber (thermisch oder bei Raumtemperatur) aushärten lassen“. Alternativ gäbe es speziell im Falle des Schlauchs mit Kragen die Möglichkeit, eine Art Klebeschicht bereits direkt auf den Kragen aufzubringen, welche bis zur Montage durch z.B. eine Abzieh- Folie geschützt ist. Beim Abziehen dieser Folie reagiert der Kleber z.B. mit der Umgebungsluft oder im Ofen und beginnt auszuhärten.
Das Ausführungsbeispiel zeigt also einen flexiblem, schlauchartigen Kühlkörper 8 auf, der auf seiner Kontaktseite zum Gehäuse hin offen ist (siehe insbesondere die vergrößerte Darstellung in Fig. 3). Das heißt, das Kühlmedium strömt direkt auf der Außenwand 6 des Statorgehäuses 2 entlang, wodurch eine optimale Kühlanbindung und somit Wärmeabfuhr sichergestellt wird.
Zusätzlich ist das Statorgehäuse 2 auf seiner Kontaktseite zum Kühlkörper 8 hin mechanisch derart bearbeitet, beispielsweise aufgeraut, so dass diese Oberfläche eine bestmögliche Kühlanbindung für den Kühlschlauch darstellt.
Der Kühlkörper wird über seine, dem Gehäuse zugewandten, Kontaktfläche mit diesem mechanisch verbunden und verklebt, um somit einen nach außen geschlossenen Kühlkanal 16 darzustellen. Der flexibel biegsame, schlauchförmige Kühlkörper s ermöglicht auf einfache Weise fast jede beliebige Gestaltung des Kühlkanals, beispielsweise in Mäanderform, Helixform, oder anders.
In einer nicht dargestellten alternativen beispielhaften Ausführung ist der Kühlkörper 8 (der im Übrigen wie in den Figuren 1 bis 3 geformt sein und/oder einen Kragen wie in Fig. 4 aufweisen kann) aus Aluminiumblech geformt und mittels eines Schweißprozesses mit der Gehäuseoberfläche verbunden.
Beim einem dünnwandigen Schlauchkörper aus Aluminium ist eine geringere Biegsamkeit gegeben als beim Gewebeschlauch. Natürlich kann durch eine dünne Wandstärke des Schlauchkörpers eine gewisse Flexibilität / Anpassungsfähigkeit in der Kontur erreicht werden, allerdings reicht diese nicht an die des Gewebeschlauchs heran. Aus diesen Gründen muss einerseits die Innenkontur des Schlauchkörpers der Außenkontur des Gehäuses und andererseits der Verlauf des Kühlkanals (im hier dargestellten Beispiel eine Spiralform) weitestgehend nachempfunden werden, was bereits beim Herstellprozess des Schlauchkörpers (z.B. Tiefziehen und Kontur-Umformen) berücksichtigt werden muss. Für einen besseren Toleranzausgleich und zur Verbesserung der Dichtwirkung kann ein umlaufendes Pad auf der Kontaktseite des Schlauchkörpers zum Gehäuse hin angebracht werden. Ebenso wie der Gewebeschlauch kann der Schlauchkörper an seiner Kontaktseite zum Gehäuse hin einen umlaufenden Kragen aufweisen (vgl. Fig. 4), welcher die Oberfläche des zu schweißenden Bereichs vergrößert und die Dichtwirkung (mit den optionalen Pads) verbessert. Ein solcher Kragen kann analog zum Gewebeschlauch bspw. als separates Bauteil mit dem eigentlichen Schlauchkörper verbunden (verklebt) werden bzw. kann ein solcher Kragen direkt beim Herstellprozess des Schlauchkörpers dargestellt werden.
Für eine bessere Zugänglichkeit der Elektrode beim Schweißvorgang ist auf einen ausreichenden Abstand der einzelnen Spiralen zueinander zu achten. Zusätzlich kann die Prozesssicherheit des Schweißvorgangs bzgl. Leckagen durch ein Werkzeug (z.B. ein viertelkreis-förmiger Stempel) verbessert werden. Dieses Werkzeug drückt die Außenkontur des Schlauchkörpers definiert auf das Gehäuse an. Dieses Werkzeug läuft mit der Elektrode in Umfangsrichtung um den Schlaukörpers herum, so dass immer im Bereich des aktuellen Schweißvorgangs der Kontakt zwischen der Innenkontur des Schlauchkörpers und der Außenkontur des Gehäuses sichergestellt ist.
BEZUGSZEICHENLISTE
Statorgehäuseanordnung 1
Statorgehäuse 2 Statormantelaufnahme 4
Außenfläche 6
Kühlkörper 8
Wandungsrändern 10
Kontaktfläche / Kragen 11 Ausnehmung 12
Umfangswandung 14
Kühlkanal 16
Eintrittsschnittstelle 18
Austrittsschnittstelle 20

Claims

ANSPRÜCHE
1 . Kühlkörper (8) zur Anlage an eine zu kühlende Außenfläche (6) eines zu kühlenden Bauteils, insbesondere eines Statorgehäuses (2), aufweisend eine Umfangswandung (14), dadurch gekennzeichnet, dass aus der Umfangswandung entlang wenigstens eines Teils ihrer Längserstreckung ein Umfangsbereich als Ausnehmung (12) ausgenommen ist, sodass dadurch ausgebildete Wandungsränder (10) dazu eingerichtet sind, an die Außenfläche angelegt zu werden.
2. Kühlkörper gemäß Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass die Umfangswandung biegsam ausgebildet ist, insbesondere als ein flexibler Gewebe- und/oder Kunststoffschlauch.
3. Kühlkörper gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Umfangswandung mit einer, insbesondere tiefgezogenen, Blechkonstruktion ausgebildet ist.
4. Kühlkörper gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Wandungsränder Kontaktflächen (11) ausbilden, die dazu ausgebildet sind, mit der Außenfläche kühlfluiddicht verbunden, insbesondere verklebt und/oder angeschmolzen zu werden.
5. Kühlkörper gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der ausgenommene Umfangsbereich einen Anteil von zwischen 25% und 60%, insbesondere von zwischen 30% und 40%, des vollständigen Umfangs ausmacht.
6. Kühlkörper gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Biegsamkeit der Umfangswandung dazu ausgebildet ist, ein mehrfaches Wickeln des Kühlkörpers um eine zylindermantelförmige Außenfläche des zu kühlenden Bauteils zu ermöglichen.
7. Kühlkörper gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass ein Leitungsquerschnitt des Kühlkörpers, abseits des ausgenommenen Umfangsbereichs, teilellipsoid, insbesondere teilkreisförmig, oder prismatisch, insbesondere rechteckig, ausgebildet ist. Kühlkörper gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Ausnehmung (12) entlang der Längserstreckung der Ausnehmung eine gleichbleibende mittlere Umfangsposition aufweist. Statorgehäuseanordnung (1) für eine elektrische Antriebsmaschine, aufweisend
- ein Statorgehäuse (2) mit einer Statormantelaufnahme (4), welche einen Zylinderinnenmantel zur Aufnahme eines Statoraußenmantels und eine zylindermantelförmige Außenfläche (6) aufweist,
- wenigstens einen Kühlkörper (8) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, der an der Außenfläche angeordnet und mit dieser an den Wandungsrändern (10) verbunden ist. Statorgehäuseanordnung gemäß Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass eine Eintrittsschnittstelle (18) und eine Austrittsschnittstelle (20) für das Kühlfluid an entgegengesetzten Enden des Kühlkörpers angeordnet sind und/oder eine Führung des Kühlfluids außerhalb des Kühlkörpers abseits anderer Bestandteile des Statorgehäuses ausgebildet ist. Verfahren zur Montage einer Statorgehäuseanordnung, aufweisend zumindest die Verfahrensschritte
- Wickeln und/oder gespreiztes Aufschieben, eines Kühlkörpers gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche 1 bis 8 um die Außenfläche einer Statormantelaufnahme,
- Verbinden, insbesondere Verkleben und/oder Anschmelzen, des Kühlkörpers an die Außenfläche.
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