WO2023151883A1 - Druckausgleichsvorrichtung für eine elektrische maschine, gehäuse, elektrische maschine und kraftfahrzeug - Google Patents

Druckausgleichsvorrichtung für eine elektrische maschine, gehäuse, elektrische maschine und kraftfahrzeug Download PDF

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WO2023151883A1
WO2023151883A1 PCT/EP2023/050513 EP2023050513W WO2023151883A1 WO 2023151883 A1 WO2023151883 A1 WO 2023151883A1 EP 2023050513 W EP2023050513 W EP 2023050513W WO 2023151883 A1 WO2023151883 A1 WO 2023151883A1
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WO
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chamber
housing
electrical machine
return valve
designed
Prior art date
Application number
PCT/EP2023/050513
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Sebastian KNEIßL
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Bayerische Motoren Werke Aktiengesellschaft
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    • 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
    • H02K5/12—Casings or enclosures characterised by the shape, form or construction thereof specially adapted for operating in liquid or gas
    • H02K5/124—Sealing of shafts
    • H—ELECTRICITY
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    • H—ELECTRICITY
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    • H02K2213/00—Specific aspects, not otherwise provided for and not covered by codes H02K2201/00 - H02K2211/00
    • H02K2213/03—Machines characterised by numerical values, ranges, mathematical expressions or similar information

Definitions

  • Pressure compensation device for an electric machine, housing, electric machine and motor vehicle
  • the present invention relates to a pressure compensation device for an electrical machine.
  • the invention further relates to a housing for an electrical machine, the housing having the pressure equalization device.
  • an electrical machine with such a housing is proposed.
  • the invention relates to a motor vehicle, designed in particular as a passenger car, which has such an electrical machine.
  • a liquid-filled liquid chamber of the electrical arrangement is fluidically sealed against an air chamber, although a machine element, such as a shaft etc., extends from an inside of the liquid chamber into the air chamber.
  • a rotor shaft extends from a liquid-filled stator chamber (liquid chamber) into an air-filled brush chamber (air chamber) of the electric machine, the stator chamber and the brush chamber being fluidically sealed from one another along the rotor shaft.
  • the rotor shaft can extend from the air-filled stator chamber (air space) into an oil-filled transmission chamber (liquid chamber), the stator chamber and the transmission chamber then being fluidically sealed from one another along the rotor shaft.
  • a radial shaft seal is used along the rotor shaft at a wall element between the liquid chamber and the air chamber through which the rotor shaft extends.
  • DE 10 2013 200 894 A1 discloses a generator housing which has a plug socket and a pressure equalization channel.
  • the pressure equalization duct connects an interior of the generator to the outside with a cable harness which is plugged into the connector base and which also serves to equalize pressure.
  • combining the plug base with the pressure equalization channel is particularly complicated and a sealing effect depends on a plug element being seated correctly in the plug base.
  • such a generator housing with the connector base and the wiring harness for a series vehicle are unfavorable to handle, expensive and require a lot of space outside the generator, which aggravates a ubiquitous packaging problem in vehicle construction.
  • DE 10 2017 128 532 B4 discloses a cable with an electrical conductor which is integrated into an insulating material of the cable and surrounded by an electrically insulating and vapour-tight outer sheath of the cable.
  • a semi-permeable membrane is arranged, which is permeable to air and water vapor, the outer jacket having recesses in the area of the membrane, so that ventilation of the cable via the membrane is ensured.
  • such a conventional cable is particularly complex in terms of production, operation and handling, since the semipermeable membrane can be damaged particularly easily, so that liquid can come into direct electrical contact with the electrical conductor through the defective/damaged membrane. This would result in a short circuit.
  • radial shaft seals can assume critical operating states in which a sealing effect of the radial shaft seal decreases due to a pressure difference between the air chamber and the liquid chamber, in particular between the stator chamber and the brush chamber. Depending on the current operating temperature of the radial shaft seal, a particularly low pressure difference is already sufficient for such a critical operating state. If the sealing effect decreases due to the pressure difference, a liquid in the liquid chamber (e.g. a glandless liquid for cooling the stator and/or rotor in the stator chamber) can leak out of the liquid chamber, via the no longer adequately sealing radial shaft seal into the air chamber come. There, damage and/or a malfunction of the machine, such as what is known as an insulation fault, can occur.
  • a liquid in the liquid chamber e.g. a glandless liquid for cooling the stator and/or rotor in the stator chamber
  • the object of the invention is to create a particularly efficient solution for avoiding a pressure difference between a liquid chamber and an air chamber of an electrical machine, which are fluidically sealed from one another by means of a radial shaft seal.
  • the electrical machine having the housing has the pressure equalization device in that the housing has the pressure equalization device as a component.
  • the motor vehicle has the pressure compensation device by having the electric machine and consequently the housing.
  • a shaft in particular a rotor shaft, extends from the liquid-filled liquid chamber into the air chamber.
  • the air chamber is free of a liquid and in particular filled with air (for example from the atmosphere).
  • the housing or the electric machine has a radial shaft seal which grips the rotor shaft on the outer circumference in a fluid-tight manner at the point at which the rotor shaft pierces a wall separating the air chamber and the liquid chamber from one another. At this point, the radial shaft seal itself is surrounded by the wall in a fluid-tight manner on the outer circumference.
  • the pressure compensation device comprises three backflow preventers, with each backflow preventer having an inflow side and an outflow side.
  • a fluid for example air
  • a fluid can flow through the respective non-return valve from its inflow side in the direction of its outflow side.
  • the respective backflow preventer by means of the respective backflow preventer, flow through the same is blocked or blocked from its outflow side in the direction towards its inflow side.
  • the fluid can only flow through the non-return valve if it flows into it via its inflow side and flows out of it via the outflow side. The fluid cannot flow into the backflow preventer via the outflow side.
  • the respective non-return valve is a non-return valve that allows the flow of a fluid (liquid, gas) in only one direction.
  • the outflow side of the first non-return valve which is referred to below as the “first outflow side”
  • second inflow side is fluidically connected to the inflow side of the second non-return valve (“second inflow side”).
  • first outflow side is designed to be fluidically connected to the air chamber of the housing.
  • the first outflow side is fluidically connected to the air chamber—directly or indirectly, for example by means of a channel element.
  • the first outflow side and the second inflow side communicate fluidly with one another, as a result of which the second inflow side and the air chamber are also fluidly coupled with one another in the intended installation position.
  • the first inflow side ie the inflow side of the first non-return valve, opens into the area surrounding the pressure compensation device or the electrical machine, for example into the atmosphere.
  • the outflow side of the second non-return valve (“second outflow side”) is connected to the inflow side of the third non-return valve (“third inflow side”).
  • the second outflow side is designed to be fluidically connected to the liquid chamber of the housing.
  • the second outflow side is fluidically connected to the liquid chamber—directly or indirectly, for example by means of a further channel element.
  • the second outflow side and the third inflow side communicate fluidly with one another, as a result of which the third inflow side and the liquid chamber are also fluidly coupled with one another in the intended installation position.
  • the third outflow side opens into the surroundings of the pressure compensation device or the electrical machine, that is to say, for example, into the atmosphere.
  • the radial shaft seal of the electrical machine fluidly seals the air chamber and the liquid chamber from one another in a particularly reliable manner, since the pressure compensation device prevents the critical operating states of the radial shaft seal initially described.
  • the radial shaft seal is subjected to no or only particularly slight axial deformations due to the lack of pressure difference, resulting in particularly low friction between the rotor shaft, which rotates during operation, and the radial shaft seal.
  • a particularly efficient degree of efficiency is therefore made possible by means of the electric machine, which has the pressure equalization device.
  • the electrical machine advantageously has a particularly long service life and/or particularly long maintenance intervals, since the radial shaft seal, which is less stressed due to the pressure compensation device, has a longer service life and requires less maintenance.
  • the air chamber of the electrical machine or of the housing can be a brush chamber, for example, with the liquid chamber then being a stator chamber.
  • the rotor shaft extends both in the brush chamber and in the stator chamber.
  • the brush chamber and the stator chamber are fluidically sealed from one another by means of the radial shaft seal in interaction with the rotor shaft encompassed by the radial shaft seal.
  • the first outflow side and the second inflow side are fluidly connected to the brush chamber, with the second outflow side and the third inflow side being fluidly connected to the stator chamber.
  • the liquid chamber can be formed by a combination of chambers consisting of the stator chamber and a transmission chamber fluidically connected to it, with the rotor shaft extending on the one hand in the brush chamber and on the other hand in the combination of chambers, in that the rotor shaft runs through the stator chamber and in particular protrudes into the transmission chamber.
  • the radial shaft seal in interaction with the rotor shaft encompassed by the radial shaft seal, the brush chamber and the stator chamber—and consequently the chamber assembly—are fluidically sealed from one another.
  • the first outflow side and the second inflow side are fluidically connected to the brush chamber, with the second outflow side and the third inflow side being fluidically coupled to the chamber assembly forming the liquid chamber.
  • the second outflow side and the third inflow side are fluidically connected to the stator chamber and/or to the transmission chamber.
  • the stator chamber can be formed by the air chamber, in which case the liquid chamber is formed by the gear chamber.
  • the rotor shaft extends both in the stator chamber and in the gear chamber, which are fluidically sealed from one another by means of the radial shaft seal in interaction with the rotor shaft encompassed by the radial shaft seal.
  • the first outflow side and the second inflow side are fluidically connected to the stator chamber, with the second outflow side and the third inflow side being fluidically connected to the transmission chamber.
  • the air chamber can be formed by another chamber assembly which has the stator chamber and the brush chamber fluidically connected thereto.
  • first outflow side and the second inflow side can be fluidically connected to the brush chamber and/or to the stator chamber.
  • the other chamber assembly and thus the air chamber can also include an inverter chamber that communicates fluidly with the stator chamber and/or the brush chamber.
  • the first outflow side and the second inflow side can be fluidly connected to the stator chamber and/or to the brush chamber and/or to the inverter chamber.
  • the inverter chamber is fluidically sealed from the stator chamber and/or the brush chamber.
  • the inverter chamber is vented using a separate pressure compensation element or the inverter Terhunt is fluidically connected to the first outflow side and the second inflow side.
  • the second non-return valve is designed to release the flow of fluid or air from its (second) inflow side to its (second) outflow side from an opening pressure difference between the second inflow side and the second outflow side which is less than is a pressure difference between the liquid chamber and the air chamber which would lead to a critical operating pressure as described above.
  • the opening pressure difference under which the flow of air between the second inflow side and the second outflow side is released by means of the second backflow preventer, is less than 10 mbar (millibar), in particular less than 5 mbar, preferably less than 1 mbar, is.
  • the backflow preventers can be arranged as desired - in particular separately and/or spatially distant from one another - and fluidically connected to one another and to the air chamber and of the liquid chamber are connected.
  • a further embodiment provides that at least two of the non-return valves or all of the non-return valves are connected to one another are designed as a unit. This eliminates part of the duct system, at least those duct elements that connect the backflow preventers to one another.
  • the pressure compensation device is designed to be particularly light, which ultimately results in a motor vehicle that can be operated in a particularly energy-efficient and low-emission manner.
  • the pressure compensation device has a filter element through which a fluid can flow, the first flow-through side of which is fluidically connected to the inflow side of the second non-return valve.
  • the second flow-through side of the filter element designed to be fluidically connected to the air chamber, in particular brush chamber, of the housing, so that for the intended installation position it applies that the second flow-through side and the air chamber or brush chamber are fluidically connected to one another.
  • the dust-laden air flowing out of the air chamber is filtered by means of the filter element, as a result of which dust-free air can flow further in the direction of the second non-return valve. It is thus prevented that the metallic dust particles undesirably pass through the second non-return valve and in particular get into the liquid chamber, in particular the stator chamber. This is because an electrically conductive or conductive short circuit between the rotor and the stator and/or between pole contacts (usually referred to as U, V, W) must be avoided for proper functioning. Furthermore--if the second outflow side and the gear chamber are connected to one another--the metallic dust particles are prevented from entering the gear chamber. This applies analogously when the stator chamber and the transmission chamber are fluidically connected to form the chamber assembly.
  • the first flow-through side of the filter element and the first outflow side of the first backflow preventer are in particular--as provided in a further embodiment--connected to one another fluidically.
  • the filter element has a dual functionality, namely, it is used, firstly, to filter the brush dust from the air that flows out of the brush chamber and, secondly, to filter dust or the like from the air that flows from the environment towards the air chamber or brush chamber.
  • There are other installation locations for the filter element and / or at least one other filter element conceivable, for example to prevent dust etc. from the environment in the liquid chamber or not in the housing of the electric machine arrives.
  • a further filter element can be connected upstream of the first inflow side of the first non-return valve.
  • At least one or more of the backflow preventers is/are designed as a non-return valve, in particular an umbrella valve. It can be provided that all of the backflow preventers used in the pressure compensation device are designed as a respective check valve. In general, other embodiments are conceivable for one or more of the non-return valves, for example a non-return valve, a plate non-return valve, a ball non-return valve, etc. It is also conceivable that one or more of the non-return valves is designed as a shut-off valve that can be controlled (in particular electronically) as required.
  • the configuration of one or more of the non-return valves as a non-return valve is advantageous in that the pressure-equalizing device is particularly easy to produce, with the non-return valve providing a particularly reliable sealing function.
  • check valves can nowadays be manufactured and installed in a particularly space-efficient manner, as a result of which the idea of particularly advantageous packaging is particularly taken into account.
  • umbrella valves require particularly little maintenance, which contributes to an advantageously particularly long service life for the pressure equalization device.
  • a housing for an electrical machine having a pressure equalization device designed in accordance with the above description.
  • the housing thus has the liquid chamber and the air chamber or is at least partially formed from the liquid chamber and the air chamber.
  • the liquid chamber and the air chamber can be fluidly connected to one another via the pressure compensation device in such a way that air (or another fluid) can flow from the air chamber into the liquid chamber, but not from the liquid chamber into the air chamber.
  • the housing has an opening which fluidly connects the liquid chamber and the air chamber to one another and which is designed to serve as a seat for the radial shaft seal.
  • the rotor shaft extends through this opening from the liquid chamber into the air chamber, ie for example from the stator chamber into the brush chamber and/or from the stator chamber into the gear chamber.
  • the air chamber and the liquid chamber are in the correct installation position (i.e. when the housing forms part of the ready-to-use electrical machine) fluidically sealed from one another by inserting the radial shaft seal into the opening, with a shaft, in particular a rotor shaft, of the electrical machine extending through the radial shaft seal.
  • a brush chamber of the housing is formed by the air chamber, with a stator chamber of the housing being formed by the liquid chamber.
  • the air chamber is formed by a chamber assembly formed by the brush chamber and the stator chamber fluidly communicating therewith, with a transmission chamber of the housing being formed by the fluid chamber.
  • the brush chamber of the housing is formed by the air chamber, with the liquid chamber being formed by another chamber combination which is formed by the stator chamber and the transmission chamber which communicates fluidly therewith.
  • the invention relates to an electrical machine which comprises the housing having the pressure equalization device according to the above description.
  • the electric machine is designed in particular as an electric traction machine for a motor vehicle.
  • the invention also relates to a motor vehicle, in particular a passenger car and/or truck, the motor vehicle having the electrical machine designed in accordance with the above description.
  • the motor vehicle is, in particular, a motor vehicle that can be driven/moved at least partially electrically or a motor vehicle that can be operated purely electrically.
  • Fig. 1 is a schematic view of a housing having an electrical machine with a pressure equalization device and
  • FIG. 2 shows a diagram of operating states of a radial shaft seal of the electrical machine, critical operating states being avoided by means of the pressure compensation device.
  • FIG. 1 shows a schematic view of the electrical machine EM, which has the housing G, with the pressure equalization device DAV, which has the backflow preventers V1, V2, V3.
  • the respective non-return valve V1, V2, V3 is designed as a respective non-return valve, in particular in the form of an umbrella valve.
  • a first outflow side AS1 of the first non-return valve V1 and a second inflow side ES2 of the second non-return valve V2 are fluidically connected to one another, in this case in that a channel element C1 opens into a channel element C2, by means of which the first outflow side AS1 and an air chamber K1 of the housing G or the Electrical machine (EM) are fluidly connected to each other.
  • EM Electrical machine
  • a second outflow side AS2 of the second non-return valve V2 and an inflow side ES3 of the third non-return valve V3 are fluidly connected to one another, in this case in that a channel element 03 opens into a channel element 04, by means of which the second outflow side AS2 and a liquid chamber K2 of the housing G or the electrical Machine (EM) are fluidly connected to each other.
  • EM electrical Machine
  • the liquid chamber K2 is at least partially filled with a liquid N—for example a glandless liquid, a lubricant, for example an oil, etc.
  • the air chamber K1 is free of a liquid and filled with air L.
  • the air chamber K1 has a brush chamber BK of the housing G or the electric machine EM or is formed from the brush chamber BK.
  • the liquid chamber K2 has a stator chamber SK of the housing G or the electrical machine EM or is made of the stator chamber SK formed.
  • the electrical machine EM shown in FIG. 1 is therefore a wet-running machine.
  • the housing G has a transmission chamber GK, which is filled with transmission oil, for example, in which transmission elements (not shown) splash during operation of the electric machine EM.
  • the transmission chamber GK and the stator chamber SK can communicate with one another fluidically, it being possible for the transmission oil to be the wet-running fluid N or vice versa.
  • the liquid chamber K2 can be formed from a first chamber assembly KV1, which includes the stator chamber SK and the gear chamber GK.
  • the electrical machine EM is a dry-running machine, in which case the stator chamber SK then runs dry during operation of the electrical machine EM, ie is free of a liquid.
  • the liquid chamber K2 is formed from the gear chamber GK, with the air chamber K1 being formed from a second chamber assembly KV2, which includes the (dry, i.e. liquid-free) stator chamber SK and the brush chamber BK, which communicate fluidly with one another.
  • the rotor shaft RW is surrounded on the outer circumference in a fluid-tight manner by a radial shaft seal RWD.
  • the radial shaft seal RWD sits, for example, in an opening ⁇ 1 in a wall W1 of the housing G, the brush chamber BK and the stator chamber SK being fluidically sealed from one another by means of the wall W1.
  • the opening ⁇ 1 penetrates the wall W1 and thus connects the brush chamber BK and the stator chamber SK.
  • a transfer of the liquid N is prevented, however, by the fact that the radial shaft seal RWD, which fluid-tightly encloses the rotor shaft RW at the location of the opening ⁇ 1 on the outer circumference, and the radial shaft seal RWD itself sits fluid-tight in the opening ⁇ 1.
  • the radial shaft seal RWD can alternatively - if the stator chamber SK is part of the air chamber K1 - sit in an opening ⁇ 2 of a wall W2 of the housing G.
  • the stator chamber SK and the transmission chamber GK are fluidically sealed from one another by means of the wall W2.
  • the opening ⁇ 2 penetrates the wall W2 and thus connects the stator chamber SK and the gear chamber GK.
  • a transfer of the liquid N is prevented, however, by the radial shaft seal RWD, the rotor shaft RW at the Position of the opening ⁇ 2 encloses the outer circumference in a fluid-tight manner, and the radial shaft seal RWD itself sits in the opening ⁇ 2 in a fluid-tight manner.
  • a fluid can flow through the channel elements C1, C2, C3, C4 in both directions (for example, air L or liquid N or any other fluid), whereas the respective non-return valve or the respective non-return valve V1, V2, V3 when used as intended, a fluid can only flow through it in one direction, as shown in FIG. 1 by the possible flow directions R1, R2, R3.
  • aeration and venting of the chambers K1, K2 as well as a pressure equalization between the chambers K1, K2 are possible, in that the air L can flow as follows due to the respective flow direction R1, R2, R3 predetermining non-return valves V1, V2, V3
  • an inverter chamber IK is also indicated, with the brush chamber BK and the inverter chamber IK being fluidically connected to one another, in this case via a cable duct KD, by means of which an electrical cable running in the brush chamber BK and in the inverter chamber IK (such as an SSM -cable) is passed through a wall of the housing G W3.
  • an electrical cable running in the brush chamber BK and in the inverter chamber IK such as an SSM -cable
  • the brush chamber BK and the inverter chamber IK be fluidically sealed from one another by the cable bushing KD and the cable being designed in such a way that fluid transfer between the brush chamber BK and the inverter chamber IK is prevented.
  • the stator chamber SK and the gear chamber are fluidically connected to one another, with—as shown in FIG.
  • the third inflow side ES3 and the second outflow side AS2 being fluidically connected to the gear chamber GK.
  • the rotor shaft RW extends out of the stator chamber SK into the gear chamber GK through an opening ⁇ 2 penetrating the wall W2.
  • the inverter chamber IK and the stator chamber SK or gear chamber GK are fluidically sealed from one another, whereby an opening ⁇ 3 can be formed between the inverter chamber IK and the stator chamber SK, through which pole cables P run, which are connected to a stator S on the one hand and to an inverter on the other I are connected to the electrical machine EM.
  • a sealing ring DR for example in Form of an O-ring arranged. If, on the other hand, the stator chamber SK is part of the air chamber K1, the sealing ring DR can be omitted.
  • the first outflow side AS1 and the second inflow side ES2 are fluidly connected to one another and fluidly connected to the air chamber K1 by being fluidly connected to the brush chamber BK and/or to the inverter chamber IK.
  • the channel element C2 can open directly into the brush chamber BK and/or directly into the inverter chamber IK.
  • the second outflow side AS2 and the third inflow side ES3 are fluidly connected to one another and fluidly connected to the liquid chamber K2 by being fluidly connected to the stator chamber SK and/or to the gear chamber GK.
  • the channel element C4 can open directly into the stator chamber SK and/or directly into the gear chamber GK.
  • the first outflow side AS1 and the second inflow side ES2 are fluidically connected to one another and fluidly connected to the air chamber K1 by being connected to the brush chamber BK and/or to the stator chamber SK and/or to the Inverter chamber IK are fluidly connected.
  • the channel element C2 can open directly into the brush chamber BK and/or directly into the stator chamber SK and/or directly into the inverter chamber IK.
  • the second outflow side AS2 and the third inflow side ES3 are fluidly connected to one another and fluidly connected to the liquid chamber K2 by being fluidly connected to the transmission chamber GK.
  • the channel element 04 can open directly into the gear chamber GK.
  • At least the second non-return valve V2 is designed, selected or manufactured in such a way that it allows the air L to flow as soon as a fluid pressure or air pressure present on the second inflow side ES2 reaches or exceeds 1 mbar.
  • the backflow preventers V1, V2, V3 are designed in the present case in structural unit B, that is to say they are combined to form structural unit B.
  • the channel elements C1, 03 can be particularly short or omitted entirely.
  • the pressure equalization device DAV also has a filter element F through which air L can flow, the first throughflow side DS1 of which is fluidically connected both to the second inflow side ES2 and to the first outflow side AS1. Furthermore, a second flow-through side DS2 of the filter element F and the brush chamber are fluidly connected to one another.
  • the pressure compensation device DAV, the housing G, the electrical machine EM and the motor vehicle show a respective possibility of avoiding a pressure difference between the liquid chamber K2 and the air chamber K1 of the electrical machine EM, which is fluidly separated from one another by means of the radial shaft seal RWD are sealed. Current leakage problems between the chambers K1, K2 are thus effectively counteracted.
  • the venting and ventilation of the two chambers K1, K2 (which can also be referred to as oil or air space) are divided.
  • the system is ventilated via the air side, ie via the air chamber K1 or via the non-return valve V1 which communicates fluidly with the air chamber K1.
  • the system is vented via the oil side, i.e. via the non-return valve V3, which communicates fluidly with the liquid chamber K2.
  • Both chambers K1, K2 are fluidically connected to one another in a monodirectional manner by the second non-return valve V2, which can be flowed through at the absolutely low opening pressure difference of less than 1 mbar.
  • the flow direction or direction of flow is specified by the second non-return valve V2, specifically from the air side to the oil side. An entry of oil into the air space or into the air chamber K1, particularly in the brush chamber BK and in the inverter chamber IK, is thereby prevented.
  • the second non-return valve V2 releases a flow of fluid or air in direction R2 when there is overpressure in the air space or negative pressure in the oil space.
  • the opening pressures or opening pressure differences of the backflow preventers V1, V2, V3, which can be designed in particular as a respective umbrella valve, to or from the outside are designed such that high system pressures are avoided, making the system highly efficient.
  • FIG. 2 shows an example diagram of operating states of the radial shaft seal RWD of the electrical machine EM, with critical operating states KB being avoided by means of the pressure compensation device DAV.
  • a temperature T of the radial shaft seal RWD is characterized by the abscissa, the ordinate characterizing a pressure difference between the chambers K1, K2.
  • the critical operating states KB are in the area below the limit curve C.

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Abstract

Die Erfindung betrifft eine Druckausgleichsvorrichtung (DAV), ein die Druckausgleichsvorrichtung aufweisendes Gehäuse (G), ein solches Gehäuse (G), eine elektrische Maschine (EM) mit einem solchen Gehäuse (G) und ein Kraftfahrzeug mit einer elektrischen Maschine (EM). Die Druckausgleichsvorrichtung (DAV) weist drei Rückströmverhinderer (V1, V2, V3), insbesondere Rückschlagventile, auf, wobei eine Ausströmseite (AS1) des ersten Rückströmverhinderers (V1) mit einer Einströmseite (ES2) des zweiten Rückströmverhinderers (V2) fluidisch verbunden ist und zudem dazu ausgebildet ist, mit einer Luftkammer (K1) des Gehäuses (G) fluidisch verbunden zu werden. Eine Ausströmseite (AS2) des zweiten Rückströmverhinderers (V2) ist mit einer Einströmseite (ES3) des dritten Rückströmverhinderers (V3) verbunden und zudem dazu ausgebildet, mit einer Flüssigkeitskammer (K2) des Gehäuses (G) fluidisch verbunden zu werden. Die Kammern (K1, K2) sind mittels einer Radialwellendichtung (RWD) fluidisch voneinander abgedichtet.

Description

Druckausgleichsvorrichtung für eine elektrische Maschine, Gehäuse, elektrische Maschine und Kraftfahrzeug
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Druckausgleichsvorrichtung für eine elektrische Maschine. Weiter betrifft die Erfindung ein Gehäuse für eine elektrische Maschine, wobei das Gehäuse die Druckausgleichsvorrichtung aufweist. Darüber hinaus wird gemäß der Erfindung eine elektrische Maschine mit einem solchen Gehäuse vorgeschlagen. Zudem betrifft die Erfindung ein insbesondere als Personenkraftwagen ausgebildetes Kraftfahrzeug, das eine solche elektrische Maschine aufweist.
Bei elektrischen Anordnungen, beispielsweise bei elektrischen Antriebsaggregaten, die eine elektrische Maschine (beispielsweise als Traktionsmaschine) aufweisen, kommt es des Öfteren vor, dass eine mit einer Flüssigkeit gefüllte Flüssigkeitskammer der elektrischen Anordnung fluidisch gegen eine Luftkammer abgedichtet ist, obwohl ein Maschinenelement, etwa eine Welle etc., sich von einem Inneren der Flüssigkeitskammer in die Luftkammer erstreckt. Beispielsweise erstreckt sich eine Rotorwelle aus einer mit einer Flüssigkeit gefüllten Statorkammer (Flüssigkeitskammer) in eine luftgefüllte Bürstenkammer (Luftkammer) der elektrischen Maschine, wobei die Statorkammer und die Bürstenkammer entlang der Rotorwelle fluidisch voneinander abgedichtet sind. Das bedeutet, dass es sich bei einer derart ausgebildeten elektrischen Maschine dann um eine sogenannte Nassläufermaschine handelt. Ebenso kann sich die Rotorwelle bei trockenlaufenden elektrischen Maschinen aus der luftgefüllten Statorkammer (Luftraum) in eine mit Öl gefüllte Getriebekammer (Flüssigkeitskammer) erstrecken, wobei dann die Statorkammer und die Getriebekammer entlang der Rotorwelle fluidisch voneinander abgedichtet sind. Um zu vermeiden, dass in unerwünschter weise Flüssigkeit aus der Flüssigkeitskammer austritt und in die Luftkammer eintritt, kommt entlang der Rotorwelle an einem Wandelement zwischen der Flüssigkeitskammer und der Luftkammer, durch das die Rotorwelle sich hindurch erstreckt, eine Radialwellendichtung zum Einsatz. Um diese Radialwellendichtung möglichst frei von axialen Kräften zu halten, sodass mittels der Radialwellendichtung eine besonders zuverlässige Dichtwirkung gewährleistet ist, ist es erforderlich, in der entsprechenden Kammer, das heißt zum Beispiel in der Flüssigkeitskammer, keinen Überdruck oder Unterdrück in Bezug auf die Luftkammer entstehen zu lassen, der axial, das heißt entlang der Rotorwelle, in nachteiliger Weise auf die Radialwellendichtung wirkt. Ist ein Kraftfahrzeug mit einem solchen herkömmlichen Antriebsaggregat bzw. mit einer solchen herkömmlichen elektrischen Anordnung bzw. Maschine ausgerüstet, kann es zum Beispiel vorkommen, dass Luft in der Luftkammer erwärmt oder abgekühlt wird, etwa aufgrund einer im Betrieb der elektrischen Maschine entstehenden Abwärme bzw. aufgrund einer externen Abkühlung der elektrischen Maschine, zum Beispiel durch einen Watbetrieb. Hieraus resultiert gemäß thermodynamischen Gesetzmäßigkeiten eine Druckänderung in der Luftkammer und infolgedessen ein Druckunterschied zwischen der Luftkammer und der Flüssigkeitskammer. Damit geht eine unerwünschte axiale Belastung der Radialwellendichtung und letztlich eine verringerte oder weniger zuverlässige Dichtwirkung für den Wellensitz zwischen den Kammern einher.
Um diesem Problem Herr zu werden, ist beispielsweise aus der DE 10 2013 200 894 A1 ein Gehäuse eines Generators bekannt, das einen Steckersockel und einen Druckausgleichskanal aufweist. Der Druckausgleichskanal verbindet einen Innenraum des Generators mit einem in den Steckersockel eingesteckten Kabelbaum, der auch als Druckausgleich dient, nach außen. Jedoch ist ein Kombinieren des Steckersockels mit dem Druckausgleichskanal besonders aufwendig und eine Dichtwirkung ist von einem korrekten Sitz eines Steckerelements in dem Steckersockel abhängig. Zudem sind ein solches Generatorgehäuse mit dem Steckersockel sowie der Kabelbaum für einen Serienfahrzeugbau ungünstig in Handhabung, teuer und erfordern außerhalb des Generators besonders viel Bauraum, wodurch eine allgegenwärtige Packaging-Problematik im Fahrzeugbau noch verschärft wird.
Aus der DE 10 2017 128 532 B4 ist ein Kabel mit einem elektrischen Leiter bekannt, der in einem Isolationsmaterial des Kabels eingebunden und von einem elektrisch isolierenden und dampfdichten Außenmantel des Kabels umgeben ist. An einer Stelle des Kabels ist eine semipermeable Membran angeordnet, die für Luft und Wasserdampf durchlässig ist, wobei der Außenmantel im Bereich der Membran Ausnehmungen aufweist, sodass eine Entlüftung des Kabels über die Membran gewährleistet ist. Solch ein herkömmliches Kabel ist jedoch besonders aufwendig hinsichtlich Herstellung, Betrieb und Handhabung, da die semipermeable Membran besonders leicht beschädigt werden kann, sodass Flüssigkeit durch die defekte/beschädigte Membran hindurch in direkten elektrischen Kontakt mit dem elektrischen Leiter gelangen kann. Dies hätte einen Kurzschluss zur Folge.
Radialwellendichtungen können bei herkömmlichen elektrischen Maschinen bzw. herkömmlichen Gehäusen kritische Betriebszustände annehmen, bei denen aufgrund einer Druckdifferenz zwischen der Luftkammer und der Flüssigkeitskammer, insbesondere zwischen der Statorkammer und der Bürstenkammer, eine Dichtwirkung der Radialwellendichtung nachlässt. Abhängig von einer aktuellen Betriebstemperatur der Radialwellendichtung reicht für solch einen kritischen Betriebszustand bereits eine besonders geringe Druckdifferenz aus. Lässt die Dichtwirkung aufgrund der Druckdifferenz nach, kann es zu einem Leckstrom einer in der Flüssigkeitskammer befindlichen Flüssigkeit (zum Beispiel einer Nassläuferflüssigkeit zum Kühlen des Stators und/oder Rotors in der Statorkammer) aus der Flüssigkeitskammer heraus, über die nicht mehr ausreichende dichtende Radialwellendichtung in die Luftkammer kommen. Dort kann es zu einer Beschädigung und/oder einer Fehlfunktion der Maschine, etwa zu einem sogenannten Isolationsfehler kommen.
Aufgabe der Erfindung ist es, eine besonders effiziente Lösung zu schaffen, um eine Druckdifferenz zwischen einer Flüssigkeitskammer und einer Luftkammer einer elektrischen Maschine zu vermeiden, die mittels einer Radialwellendichtung voneinander fluidisch abgedichtet sind.
Diese Aufgabe wird durch die Gegenstände der unabhängigen Patentansprüche gelöst. Merkmale, Vorteile und mögliche Ausgestaltungen, die im Rahmen der Beschreibung für einen der Gegenstände der unabhängigen Ansprüche dargelegt sind, sind zumindest analog als Merkmale, Vorteile und mögliche Ausgestaltungen des jeweiligen Gegenstands der anderen unabhängigen Ansprüche sowie jeder möglichen Kombination der Gegenstände der unabhängigen Ansprüche anzusehen. Weitere mögliche Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen, der Beschreibung und den Figuren offenbart. Um eine unerwünscht starke Druckdifferenz zwischen einer Flüssigkeitskammer und einer Luftkammer eines Gehäuses bzw. einer elektrischen Maschine zu vermeiden, insbesondere vollständig zu vermeiden, wird gemäß einem ersten Aspekt der Erfindung eine Druckausgleichsvorrichtung für eine ein Gehäuse aufweisende elektrische Maschine vorgeschlagen. In bestimmungsgemäßen Einbaulage, das heißt, wenn die Druckausgleichsvorrichtung gemäß ihrem designierten Einsatzzweck verbaut bzw. eingesetzt ist, bildet sie einen Teil des Gehäuses bildet. Somit weist die das Gehäuse aufweisende elektrische Maschine die Druckausgleichsvorrichtung auf, indem das Gehäuse die Druckausgleichsvorrichtung als Bestandteil aufweist. Infolgedessen weist das Kraftfahrzeug die Druckausgleichsvorrichtung auf, indem es die elektrische Maschine und infolgedessen das Gehäuse aufweist.
Bei der elektrischen Maschine erstreckt sich eine Welle, insbesondere Rotorwelle, aus der mit Flüssigkeit gefüllten Flüssigkeitskammer in die Luftkammer hinein. Die Luftkammer ist frei von einer Flüssigkeit und insbesondere mit Luft (zum Beispiel aus der Atmosphäre) gefüllt. Um ein Strömen der Flüssigkeit aus der Flüssigkeitskammer heraus und in die Luftkammer hinein - insbesondere entlang der Rotorwelle - zu verhindern, weist das Gehäuse bzw. die elektrische Maschine eine Radialwellendichtung auf, die außenumfangs- seitig die Rotorwelle an der Stelle fluidisch dicht umgreift, an der die Rotorwelle eine die Luftkammer und die Flüssigkeitskammer voneinander abgrenzende Wand durchstößt. Die Radialwellendichtung selbst ist an dieser Stelle außenumfangsseitig fluidisch dicht von der Wand umschlossen.
Die Druckausgleichsvorrichtung umfasst drei Rückströmverhinderer, wobei der jeweilige Rückströmverhinderer eine Einströmseite und eine Ausströmseite aufweist. Der jeweilige Rückströmverhinderer ist von dessen Einströmseite her in Richtung hin zu dessen Ausströmseite von einem Fluid (beispielsweise Luft) durchströmbar. Dahingegen ist mittels des jeweiligen Rückströmverhinderers ein Durchströmen desselben von dessen Ausströmseite her in Richtung hin zu dessen Einströmseite gesperrt bzw. blockiert. Im bestimmungsgemäßen Betrieb des jeweiligen Rückströmverhinderers kann also das Fluid nur dann durch den Rückströmverhinderer strömen, wenn es über dessen Einströmseite in diesen einströmt und über die Ausströmseite aus diesem ausströmt. Das Fluid kann nicht über die Ausströmseite in den Rückströmverhinderer einströmen. Folglich handelt es sich bei dem jeweiligen Rückströmverhinderer um eine Rückschlagarmatur, die die Strömung eines Fluids (Flüssigkeit, Gas) in nur einer Richtung zulässt. Die Ausströmseite des ersten Rückströmverhinderers, die im Folgenden als „erste Ausströmseite“ bezeichnet wird, ist mit der Einströmseite des zweiten Rückströmverhinderers („zweite Einströmseite“) fluidisch verbunden. Zudem ist die erste Ausströmseite dazu ausgebildet, mit der Luftkammer des Gehäuses fluidisch verbunden zu werden. Somit gilt für die bestimmungsgemäße Einbaulage, dass die erste Ausströmseite - direkt oder indirekt, zum Beispiel mittels eines Kanalelements, - fluidisch mit der Luftkammer verbunden ist. Dabei kommunizieren die erste Ausströmseite und die zweite Einströmseite fluidisch miteinander, wodurch in der bestimmungsgemäßen Einbaulage die zweite Einströmseite und die Luftkammer ebenfalls fluidisch miteinander gekoppelt sind. Die erste Einströmseite, das heißt die Einströmseite des ersten Rückströmverhinderers, mündet in die Umgebung der Druckausgleichsvorrichtung bzw. der elektrischen Maschine, etwa in die Atmosphäre.
Die Ausströmseite des zweiten Rückströmverhinderers („zweite Ausströmseite“) ist mit der Einströmseite des dritten Rückströmverhinderers („dritte Einströmseite“) verbunden. Zudem ist die zweite Ausströmseite dazu ausgebildet, mit der Flüssigkeitskammer des Gehäuses fluidisch verbunden zu werden. Somit gilt für die bestimmungsgemäße Einbaulage, dass die zweite Ausströmseite - direkt oder indirekt, zum Beispiel mittels eines weiteren Kanalelements, - fluidisch mit der Flüssigkeitskammer verbunden ist. Dabei kommunizieren die zweite Ausströmseite und die dritte Einströmseite fluidisch miteinander, wodurch in der bestimmungsgemäßen Einbaulage die dritte Einströmseite und die Flüssigkeitskammer ebenfalls fluidisch miteinander gekoppelt sind. Die dritte Ausströmseite mündet in die Umgebung der Druckausgleichsvorrichtung bzw. der elektrischen Maschine, also zum Beispiel in die Atmosphäre.
Es ist also in der bestimmungsgemäßen Einbaulage einem Fluid, etwa Luft, aufgrund der die jeweilige Strömungsrichtung vorgebenden Rückströmverhinderer möglich,
- aus der Umgebung durch den ersten Rückströmverhinderer hindurch- und in die Luftkammer hineinzuströmen,
- aus der Umgebung durch den ersten Rückströmverhinderer hindurch-, durch den zweiten Rückströmverhinderer hindurch- und in die Flüssigkeitskammer hineinzuströmen,
- aus der Luftkammer heraus-, durch den zweiten Rückströmverhinderer hindurch- und durch den dritten Rückströmverhinderer hindurch in die Umgebung hineinzuströmen, - aus der Luftkammer heraus-, durch den zweiten Rückströmverhinderer hindurch- und in die Flüssigkeitskammer hineinzuströmen,
- aus der Flüssigkeitskammer heraus- und durch dritten Rückströmverhinderer hindurch in die Umgebung hineinzuströmen.
Dabei ist es dem Fluid in bestimmungsgemäßer Einbaulage aufgrund der die jeweilige Strömungsrichtung vorgebenden Rückströmverhinderer verwehrt,
- aus der Luftkammer heraus- und durch den ersten Rückströmverhinderer hindurch in die Umgebung hineinzuströmen,
- aus der Flüssigkeitskammer heraus- und durch den zweiten Rückströmverhinderer hindurch in die Umgebung oder in die Luftkammer hineinzuströmen.
Hierdurch ist gewährleistet, dass die Radialwellendichtung der elektrischen Maschine die Luftkammer und die Flüssigkeitskammer besonders zuverlässig fluidisch voneinander abdichtet, da mittels der Druckausgleichsvorrichtung die eingangs beschriebenen kritischen Betriebszustände der Radialwellendichtung verhindert werden. In einem Betrieb der elektrischen Maschine ist die Radialwellendichtung aufgrund der fehlenden Druckdifferenz keinen oder lediglich besonders geringfügigen axialen Verformungen unterworfen, woraus eine besonders geringe Reibung zwischen der im Betrieb sich drehenden Rotorwelle und der Radialwellendichtung resultiert. Daher ist mittels der elektrischen Maschine, die die Druckausgleichsvorrichtung aufweist, ein besonders effizienter Wirkungsgrad ermöglicht. Ferner hat die elektrische Maschine aufgrund der Druckausgleichsvorrichtung eine in vorteilhafter Weise besonders lange Lebensdauer und/oder besonders lange Wartungsintervalle, da die aufgrund der Druckausgleichsvorrichtung geringer belastete Radialwellendichtung eine längere Lebensdauer innehat und weniger wartungsintensiv ist.
Bei der Luftkammer der elektrischen Maschine bzw. des Gehäuses kann es sich zum Beispiel um eine Bürstenkammer handeln, wobei es sich bei der Flüssigkeitskammer dann um eine Statorkammer handelt. Die Rotorwelle erstreckt sich dabei sowohl in der Bürstenkammer als auch in der Statorkammer. Mittels der Radialwellendichtung im Zusammenspiel mit der von der Radialwellendichtung umgriffenen Rotorwelle sind die Bürstenkammer und die Statorkammer fluidisch voneinander abgedichtet. Dabei gilt für die bestimmungsgemäße Einbaulage, dass die erste Ausströmseite und die zweite Einströmseite fluidisch mit der Bürstenkammer verbunden sind, wobei die zweite Ausströmseite und die dritte Einströmseite fluidisch mit der Statorkammer verbunden sind. Ferner kann die Flüssigkeitskammer durch einen Kammerverbund aus der Statorkammer und einer damit fluidisch verbundenen Getriebekammer gebildet sein, wobei die Rotorwelle sich einerseits in der Bürstenkammer erstreckt und andererseits sich in dem Kammerverbund erstreckt, indem die Rotorwelle die Statorkammer durchzieht und insbesondere in die Getriebekammer hineinragt. Mittels der Radialwellendichtung im Zusammenspiel mit der von der Radialwellendichtung umgriffenen Rotorwelle sind die Bürstenkammer und die Statorkammer - und infolgedessen der Kammerverbund - fluidisch voneinander abgedichtet. In bestimmungsgemäßer Einbaulage sind die erste Ausströmseite und die zweite Einströmseite fluidisch mit der Bürstenkammer verbunden, wobei die zweite Ausströmseite und die dritte Einströmseite fluidisch mit dem die Flüssigkeitskammer bildenden Kammerverbund gekoppelt sind. Beispielsweise sind die zweite Ausströmseite und die dritte Einströmseite mit der Statorkammer und/oder mit der Getriebekammer fluidisch verbunden.
Des Weiteren kann die Statorkammer durch die Luftkammer gebildet sein, wobei die Flüssigkeitskammer in dem Fall durch die Getriebekammer gebildet ist. Die Rotorwelle erstreckt sich dabei sowohl in der Statorkammer als auch in der Getriebekammer, die mittels der Radialwellendichtung im Zusammenspiel mit der von der Radialwellendichtung umgriffenen Rotorwelle fluidisch voneinander abgedichtet sind. In diesem Fall sind in der bestimmungsgemäßen Einbaulage die erste Ausströmseite und die zweite Einströmseite fluidisch mit der Statorkammer verbunden, wobei die zweite Ausströmseite und die dritte Einströmseite fluidisch mit der Getriebekammer verbunden sind. Für den Fall, dass die Statorkammer und die Bürstenkammer fluidisch miteinander kommunizieren, kann die Luftkammer durch einen anderen Kammerverbund gebildet sein, der die Statorkammer und die damit fluidisch verbundene Bürstenkammer aufweist. Dann können die erste Ausströmseite und die zweite Einströmseite fluidisch mit der Bürstenkammer und/oder mit der Statorkammer verbunden sein. Der andere Kammerverbund und damit die Luftkammer kann zudem eine Inverterkammer umfassen, die mit der Statorkammer und/oder der Bürstenkammer fluidisch kommuniziert. Dann können die erste Ausströmseite und die zweite Einströmseite fluidisch mit der Statorkammer und/oder mit der Bürstenkammer und/oder mit der Inverterkammer fluidisch verbunden sein. Alternativ ist die Inverterkammer der Statorkammer und/oder der Bürstenkammer fluidisch abgedichtet. In diesem Fall wird die Inverterkammer mittels eines separaten Druckausgleichselements entlüftet oder die Inver- terkammer ist mit der ersten Ausströmseite und der zweiten Einströmseite fluidisch verbunden.
In weiterer Ausgestaltung der Druckausgleichsvorrichtung ist der zweite Rückströmverhinderer dazu ausgebildet, das Strömen des Fluids bzw. der Luft von seiner (zweiten) Einströmseite hin zu seiner (zweiten) Ausströmseite ab einer zwischen der zweiten Einströmseite und der zweiten Ausströmseite vorliegenden Öffnungsdruckdifferenz freizugeben, die kleiner als eine Druckdifferenz zwischen der Flüssigkeitskammer und der Luftkammer ist, die zu einem eingangs beschriebenen kritischen Betriebsdruck führen würde. Demnach ist in dieser Ausgestaltung vorgesehen, dass die Öffnungsdruckdifferenz, unter der das Strömen der Luft zwischen der zweiten Einströmseite und der zweiten Ausströmseite mittels des zweiten Rückströmverhinderers freigegeben wird, kleiner als 10 mbar (Millibar), insbesondere kleiner als 5 mbar, bevorzugt kleiner als 1 mbar, ist. Hierdurch sind in vorteilhafter Weise bereits besonders geringe Druckdifferenzen zwischen der Flüssigkeitskammer und der Bürstenkammer Luftkammer vermeidbar.
Die Rückströmverhinderer können je nach zur Verfügung stehendem Bauraum in der Umgebung des Gehäuses beliebig - insbesondere separat und/oder räumlich entfernt voneinander - angeordnet werden und bedarfsgerecht mittels eines Kanalsystems, Rohrsystems, Schlauchsystems etc. entsprechend der hierin beschriebenen Anordnung fluidisch miteinander sowie mit der Luftkammer und der Flüssigkeitskammer verschaltet werden. Um einer heutzutage besonders prekären Packaging-Problematik effizient zu begegnen, das heißt, um den wenigen zur Verfügung stehenden Bauraum bei der Herstellung und/oder Konzeptionierung von Kraftfahrzeugen effizient auszunutzen, ist in weiterer Ausgestaltung vorgesehen, dass mindestens zwei der Rückströmverhinderer oder alle der Rückströmverhinderer miteinander in Baueinheit ausgeführt sind. Hierdurch entfällt ein Teil des Kanalsystems, zumindest diejenigen Kanalelemente, die zwischen die Rückströmverhinderer untereinander verbinden. Dies hat neben dem Packaging-Vorteil auch noch den Vorteil, dass die Druckausgleichsvorrichtung besonders leicht ausgebildet ist, wodurch sich letztendlich ein besonders energieeffizient und emissionsarm betreibbares Kraftfahrzeug ergibt.
In einer weiteren möglichen Ausführungsform weist die Druckausgleichsvorrichtung ein von einem Fluid durchströmbares Filterelement auf, dessen erste Durchströmseite mit der Einströmseite des zweiten Rückströmverhinderers fluidisch verbunden ist. Zudem ist die zweite Durchströmseite des Filterelements dazu ausgebildet, mit der Luftkammer, insbesondere Bürstenkammer, des Gehäuses fluidisch verbunden zu werden, sodass für die bestimmungsgemäße Einbaulage gilt, dass die zweite Durchströmseite und die Luftkammer bzw. Bürstenkammer miteinander fluidisch verbunden sind. In der Bürstenkammer kommt es im Betrieb der elektrischen Maschine aufgrund der an den Bürsten (Schleifkontakten) reibenden Rotorwelle zu Staub, insbesondere aus Metall. Daher kann es dazu kommen, dass die Luft, die aus der die Bürstenkammer bildenden Luftkammer ausströmt, mit dem Metallstaub beladen wird und dadurch den Metallstaub aus der Bürstenkammer heraustransportiert. Mittels des Filterelements wird die aus der Luftkammer ausströmende und staubbeladene Luft gefiltert, wodurch staubfreie Luft weiter in Richtung hin zum zweiten Rückströmverhinderer strömen kann. Es ist somit verhindert, dass die metallischen Staubpartikel in unerwünschter Weise den zweiten Rückströmverhinderer passieren und insbesondere in die Flüssigkeitskammer, insbesondere Statorkammer, gelangen. Denn ein elektrisch leitender bzw. leitfähiger Kurzschluss zwischen dem Rotor und dem Stator und/oder zwischen Polkontakten (üblicherweise als U, V, W bezeichnet) ist für eine einwandfreie Funktion zu vermeiden. Ferner wird - wenn die zweite Ausströmseite und die Getriebekammer miteinander verbunden sind - vermieden, dass die metallischen Staubpartikel in die Getriebekammer gelangen. Dies gilt analog, wenn die Statorkammer und die Getriebekammer zu dem Kammerverbund fluidisch zusammengeschlossen sind. Die Metallstaubpartikel würden nämlich in der Getriebekammer eine Reibung zwischen Getriebeelementen in unerwünschter Weise erhöhen und/oder die Getriebeelemente, beispielsweise Lager etc., schädigen. Dies könnten letztlich zu einem Getriebeschaden und damit zu einem Antriebsausfall des mit der elektrischen Maschine ausgerüsteten Kraftfahrzeugs führen.
Die erste Durchströmseite des Filterelements und die erste Ausströmseite des ersten Rückströmverhinderers sind insbesondere - wie in weiterer Ausgestaltung vorgesehen - miteinander fluidisch verbunden. In diesem Fall weist das Filterelement eine Doppelfunktionalität auf, es wird nämlich, erstens, dazu eingesetzt, den Bürstenstaub aus der Luft zu filtern, die aus der Bürstenkammer ausströmt, und, zweitens, dazu eingesetzt, Staub oder Ähnliches aus der Luft zu filtern, die aus der Umgebung in Richtung hin zur Luftkammer bzw. Bürstenkammer strömt. Es sind weitere Einbauorte für das Filterelement und/oder wenigstens ein weiteres Filterelement denkbar, etwa um zu vermeiden, dass Staub etc. aus der Umgebung in die Flüssigkeitskammer oder überhaupt nicht in das Gehäuse der elektrischen Maschine gelangt. Hierzu kann beispielsweise ein weiteres Filterelement der ersten Einströmseite des ersten Rückströmverhinderers vorgeschaltet werden.
In weiterer Ausgestaltung der Druckausgleichsvorrichtung ist/sind zumindest einer oder mehr der Rückströmverhinderer als ein Rückschlagventil, insbesondere Schirmventil, ausgebildet. Es kann vorgesehen sein, dass alle der bei der Druckausgleichsvorrichtung eingesetzten Rückströmverhinderer als ein jeweiliges Rückschlagventil ausgebildet sind. Generell sind noch andere Ausführungsformen für einen oder mehr der Rückströmverhinderer denkbar, beispielsweise eine Rückschlagklappe, ein Tellerrückschlagventil, ein Kugelrückschlagventil etc. Zudem ist es denkbar, dass einer oder mehr der Rückströmverhinderer als bedarfsgerecht (insbesondere elektronisch) steuerbares Sperrventil ausgebildet ist.
Die Ausgestaltung eines oder mehr der Rückströmverhinderer als Rückschlagventil ist insofern vorteilhaft, als die Druckausgleichsvorrichtung besonders einfach herstellbar ist, wobei das Rückschlagventil eine besonders zuverlässige Dichtfunktion bereitstellt. Ferner können Rückschlagventile heutzutage besonders bauraumeffizient gefertigt und verbaut werden, wodurch dem Gedanken ein besonders vorteilhaftes Packaging in besonderem Maße Rechnung getragen wird. Schirmventile sind zudem besonders wartungsarm, was zu einer vorteilhaft besonders langen Lebensdauer der Druckausgleichsvorrichtung beiträgt.
In einem weiteren Aspekt der Erfindung wird ein Gehäuse für eine elektrische Maschine vorgeschlagen, wobei das Gehäuse eine gemäß der vorstehenden Beschreibung ausgebildete Druckausgleichsvorrichtung aufweist. Das Gehäuse weist also die Flüssigkeitskammer und die Luftkammer auf oder ist aus der Flüssigkeitskammer und der Luftkammer zumindest teilweise gebildet. Dabei sind die Flüssigkeitskammer und die Luftkammer miteinander fluidisch über die Druckausgleichsvorrichtung derart verbindbar, dass Luft (oder ein anderen Fluid) aus der Luftkammer in die Flüssigkeitskammer strömen kann, nicht aber aus der Flüssigkeitskammer in die Luftkammer. Ferner weist das Gehäuse eine die Flüssigkeitskammer und die Luftkammer miteinander fluidisch verbindende Öffnung auf, die dazu ausgebildet ist, als Sitz für die Radialwellendichtung zu dienen. Durch diese Öffnung hindurch erstreckt sich bei der elektrischen Maschine die Rotorwelle aus der Flüssigkeitskammer in die Luftkammer, das heißt zum Beispiel aus der Statorkammer in die Bürstenkammer und/oder aus der Statorkammer in die Getriebekammer. Die Luftkammer und die Flüssigkeitskammer sind in bestimmungsgemäßer Einbaulage (das heißt, wenn durch das Gehäuse einen Bestandteil der einsatzbereiten elektrischen Maschine gebildet ist) fluidisch voneinander abgedichtet, indem in die Öffnung die Radialwellendichtung eingesetzt ist, wobei eine Welle, insbesondere eine Rotorwelle, der elektrischen Maschine sich durch die Radialwellendichtung hindurcherstreckt.
In einer möglichen Weiterbildung des Gehäuses ist durch die Luftkammer eine Bürstenkammer des Gehäuses gebildet, wobei durch die Flüssigkeitskammer eine Statorkammer des Gehäuses gebildet ist. Alternativ kann für das Gehäuse vorgesehen sein, dass die Luftkammer durch einen Kammerverbund gebildet ist, der durch die Bürstenkammer und die damit fluidisch kommunizierende Statorkammer gebildet ist, wobei durch die Flüssigkeitskammer eine Getriebekammer des Gehäuses gebildet ist. Bei einer weiteren Möglichkeit, das Gehäuse auszugestalten, ist durch die Luftkammer die Bürstenkammer des Gehäuses gebildet, wobei die Flüssigkeitskammer durch einen anderen Kammerverbund gebildet ist, der durch die Statorkammer und die damit fluidisch kommunizierende Getriebekammer gebildet ist.
Die Erfindung betrifft in einem weiteren Aspekt eine elektrische Maschine, die das die Druckausgleichsvorrichtung aufweisende Gehäuse gemäß der vorstehenden Beschreibung umfasst. Die elektrische Maschine ist insbesondere als eine elektrische Traktionsmaschine für ein Kraftfahrzeug ausgebildet.
Zudem betrifft die Erfindung in einem weiteren Aspekt ein Kraftfahrzeug, insbesondere einen Personenkraftwagen und/oder Lastkraftwagen, wobei das Kraftfahrzeug die gemäß der vorstehenden Beschreibung ausgebildete elektrische Maschine aufweist. Demnach handelt es sich bei dem Kraftfahrzeug insbesondere um ein zumindest teilweise elektrisch antreibbares/fortbewegbares Kraftfahrzeug oder um ein reinelektrisch betreibbares Kraftfahrzeug.
Weitere Merkmale der Erfindung können sich aus den Ansprüchen, den Figuren und der Figurenbeschreibung ergeben. Die vorstehend in der Beschreibung genannten Merkmale und Merkmalskombinationen sowie die nachfolgend in der Figurenbeschreibung und/oder in den Figuren allein gezeigten Merkmale und Merkmalskombinationen sind nicht nur in der jeweils angegebenen Kombination, sondern auch in anderen Kombinationen oder in Alleinstellung verwendbar, ohne den Rahmen der Erfindung zu verlassen. Die Zeichnung zeigt in:
Fig. 1 eine schematische Ansicht einer ein Gehäuse aufweisenden elektrischen Maschine mit einer Druckausgleichsvorrichtung und
Fig. 2 ein Diagramm von Betriebszuständen eines Radialwellendichtung der elektrischen Maschine, wobei kritische Betriebszustände mittels der Druckausgleichsvorrichtung vermieden werden.
In den Figuren sind gleiche und funktionsgleiche Elemente mit den gleichen Bezugszeichen versehen. Der folgende Vortrag bezieht sich gleichermaßen auf eine Druckausgleichsvorrichtung DAV, ein Gehäuse G, eine elektrische Maschine EM und auf ein Kraftfahrzeug (nicht dargestellt).
Hierzu zeigt Fig. 1 in schematischer Ansicht die das Gehäuse G aufweisende elektrische Maschine EM mit der Druckausgleichsvorrichtung DAV, die die Rückströmverhinderer V1, V2, V3 aufweist. Vorliegend ist der jeweilige Rückströmverhinderer V1 , V2, V3 als ein jeweiliges Rückschlagventil, insbesondere jeweils in Form eines Schirmventils, ausgeführt. Eine erste Ausströmseite AS1 des ersten Rückströmverhinderers V1 und eine zweite Einströmseite ES2 des zweiten Rückströmverhinderers V2 sind miteinander fluidisch verbunden, vorliegend, indem ein Kanalelement C1 in ein Kanalelement C2 mündet, mittels dessen die erste Ausströmseite AS1 und eine Luftkammer K1 des Gehäuses G bzw. der elektrischen Maschine (EM) fluidisch miteinander verbunden sind. Eine zweite Ausströmseite AS2 des zweiten Rückströmverhinderers V2 und eine Einströmseite ES3 des dritten Rückströmverhinderers V3 sind miteinander fluidisch verbunden, vorliegend, indem ein Kanalelement 03 in ein Kanalelement 04 mündet, mittels dessen die zweite Ausströmseite AS2 und eine Flüssigkeitskammer K2 des Gehäuses G bzw. der elektrischen Maschine (EM) fluidisch miteinander verbunden sind.
Die Flüssigkeitskammer K2 ist mit einer Flüssigkeit N - zum Beispiel einer Nassläuferflüssigkeit, einem Schmiermittel, etwa einem Öl, etc. - zumindest teilweise befüllt. Die Luftkammer K1 ist frei von einer Flüssigkeit und mit Luft L gefüllt. Die Luftkammer K1 weist eine Bürstenkammer BK des Gehäuses G bzw. der elektrischen Maschine EM auf oder ist aus der Bürstenkammer BK gebildet. Die Flüssigkeitskammer K2 weist eine Statorkammer SK des Gehäuses G bzw. der elektrischen Maschine EM auf oder ist aus der Stator- kammer SK gebildet. Somit handelt es sich bei der in Fig. 1 dargestellten elektrischen Maschine EM um eine Nassläufermaschine. Das Gehäuse G weist vorliegend eine Getriebekammer GK auf, die zum Beispiel mit einem Getriebeöl gefüllt ist, in der im Betrieb der elektrischen Maschine EM Getriebeelemente (nicht dargestellt) planschen. Dabei können die Getriebekammer GK und die Statorkammer SK fluidisch miteinander kommunizieren, wobei es sich bei dem Getriebeöl um die Nassläuferflüssigkeit N handeln kann oder umgekehrt. Demnach kann die Flüssigkeitskammer K2 aus einem ersten Kammerverbund KV1 gebildet sein, der die Statorkammer SK und die Getriebekammer GK umfasst.
Nicht dargestellt, aber von der Erfindung ebenso umfasst, ist die Möglichkeit, die elektrische Maschine EM als eine Trockenläufermaschine auszubilden, wobei dann die Statorkammer SK im Betrieb der elektrischen Maschine EM trocken läuft, das heißt frei von einer Flüssigkeit ist. In diesem Fall ist die Flüssigkeitskammer K2 aus der Getriebekammer GK gebildet, wobei die Luftkammer K1 aus einem zweiten Kammerverbund KV2 gebildet ist, der die (trockene, das heißt flüssigkeitsfreie) Statorkammer SK und die Bürstenkammer BK umfasst, die miteinander fluidisch kommunizieren.
Um zu vermeiden, dass die Flüssigkeit N entlang einer sich aus der Flüssigkeitskammer K2 und in die Luftkammer K1 hineinerstreckenden Rotorwelle RW aus der Flüssigkeitskammer K2 in die Luftkammer K1 leckt, ist die Rotorwelle RW außenumfangsseitig von einer Radialwellendichtung RWD fluiddicht umschlossen. Die Radialwellendichtung RWD sitzt zum Beispiel in einer Öffnung Ö1 einer Wand W1 des Gehäuses G, wobei mittels der Wand W1 die Bürstenkammer BK und die Statorkammer SK fluidisch voneinander abgedichtet sind. Mit anderen Worten durchdringt die Öffnung Ö1 die Wand W1 und verbindet somit die Bürstenkammer BK und die Statorkammer SK. Ein Übertreten der Flüssigkeit N ist jedoch verhindert, indem die Radialwellendichtung RWD, die die Rotorwelle RW an der Stelle der Öffnung Ö1 außenumfangsseitig fluiddicht umschließt, und die Radialwellendichtung RWD selbst fluiddicht in der Öffnung Ö1 sitzt.
Die Radialwellendichtung RWD kann alternativ - wenn die Statorkammer SK Teil der Luftkammer K1 ist - in einer Öffnung Ö2 einer Wand W2 des Gehäuses G sitzen. Mittels der Wand W2 sind die Statorkammer SK und die Getriebekammer GK fluidisch voneinander abgedichtet. Mit anderen Worten durchdringt die Öffnung Ö2 die Wand W2 und verbindet somit die Statorkammer SK und die Getriebekammer GK. Ein Übertreten der Flüssigkeit N ist jedoch verhindert, indem die Radialwellendichtung RWD, die die Rotorwelle RW an der Stelle der Öffnung Ö2 außenumfangsseitig fluiddicht umschließt, und die Radialwellendichtung RWD selbst fluiddicht in der Öffnung Ö2 sitzt.
Die Kanalelemente C1 , C2, C3, C4 sind bidirektional von einem Fluid (also zum Beispiel von der Luft L bzw. von der Flüssigkeit N oder einem anderen beliebigen Fluid) durchströmbar, wohingegen der jeweilige Rückströmverhinderer bzw. das jeweilige Rückschlagventil V1 , V2, V3 bei bestimmungsgemäßem Gebrauch lediglich monodirektional von einem Fluid durchströmbar ist, wie in Fig. 1 durch die möglichen Strömungsrichtungen R1 , R2, R3 dargestellt ist. Somit sind ein Belüften und ein Entlüften der Kammern K1 , K2 sowie ein Druckausgleich zwischen den Kammern K1 , K2 möglich, indem die Luft L, aufgrund der die jeweilige Strömungsrichtung R1 , R2, R3 vorgebenden Rückströmverhinderer V1 , V2, V3 folgendermaßen strömen kann
- aus einer Umgebung U des Gehäuses G bzw. der elektrischen Maschine EM durch den ersten Rückströmverhinderer V1 hindurch und in die Luftkammer K1 hinein,
- aus der Umgebung U durch den ersten Rückströmverhinderer V1 hindurch, durch den zweiten Rückströmverhinderer V2 hindurch und in die Flüssigkeitskammer K2 hinein,
- aus der Luftkammer K1 heraus, durch den zweiten Rückströmverhinderer V2 hindurch und durch den dritten Rückströmverhinderer V3 hindurch in die Umgebung U hinein,
- aus der Luftkammer K1 heraus, durch den zweiten Rückströmverhinderer V2 hindurch und in die Flüssigkeitskammer K2 hinein,
- aus der Flüssigkeitskammer K2 heraus und durch dritten Rückströmverhinderer V3 hindurch in die Umgebung U hinein.
Dabei ist es der Luft L verwehrt,
- aus der Luftkammer K1 heraus- und durch den ersten Rückströmverhinderer V1 hindurch in die Umgebung U hineinzuströmen,
- aus der Flüssigkeitskammer K2 heraus- und durch den zweiten Rückströmverhinderer V2 hindurch in die Umgebung U oder in die Luftkammer K1 hineinzuströmen.
In Fig. 1 ist des Weiteren eine Inverterkammer IK angedeutet, wobei die Bürstenkammer BK und die Inverterkammer IK fluidisch miteinander verbunden sind, vorliegend über eine Kabeldurchführung KD, mittels derer ein in der Bürstenkammer BK und in der Inverterkammer IK verlaufendes elektrisches Kabel (etwa ein SSM-Kabel) durch eine Wand W3 des Gehäuses G geführt ist. Alternativ können in diesem Fall die Bürstenkammer BK und die Inverterkammer IK fluidisch voneinander abgedichtet sein, indem die Kabeldurchführung KD und das Kabel so ausgebildet sind, das ein Fluidübertritt zwischen der Bürstenkammer BK und der Inverterkammer IK verhindert ist. Die Statorkammer SK und die Getriebekammer sind vorliegend fluidisch miteinander verbunden, wobei- wie in Fig. 1 dargestellt - die dritte Einströmseite ES3 und die zweite Ausströmseite AS2 fluidisch mit der Getriebekammer GK verbunden sind. Durch eine die Wand W2 durchdringende Öffnung Ö2 erstreckt sich die Rotorwelle RW aus der Statorkammer SK in die Getriebekammer GK hinein. Die Inverterkammer IK und die Statorkammer SK bzw. Getriebekammer GK sind fluidisch voneinander abgedichtet, wobei zwischen der Inverterkammer IK und der Statorkammer SK eine Öffnung Ö3 ausgebildet sein kann, durch welche hindurch Polkabel P verlaufen, die einerseits an einem Stator S und andererseits an einem Inverter I der elektrischen Maschine EM angeschlossen sind. Um die fluiddichte Abgrenzung zwischen der Statorkammer SK und der Inverterkammer IK an der Öffnung Ö3 zu gewährleisten - wenn die elektrische Maschine EM als die Nassläufermaschine ausgebildet ist und somit die Statorkammer SK Teil der Flüssigkeitsklammer K2 ist -, ist dort ein Dichtring DR, zum Beispiel in Form eines O-Rings, angeordnet. Ist die Statorkammer SK dahingegen Teil der Luftkammer K1, kann der Dichtring DR entfallen.
Ist durch die Statorkammer SK ein Anteil der Flüssigkeitskammer K2 gebildet, sind die erste Ausströmseite AS1 und die zweite Einströmseite ES2 fluidisch miteinander und fluidisch mit der Luftkammer K1 verbunden, indem sie mit der Bürstenkammer BK und/oder mit der Inverterkammer IK fluidisch verbunden sind. Hierzu kann zum Beispiel das Kanalelement C2 direkt in die Bürstenkammer BK und/oder direkt in die Inverterkammer IK münden. In diesem Fall sind die zweite Ausströmseite AS2 und die dritte Einströmseite ES3 fluidisch miteinander und fluidisch mit der Flüssigkeitskammer K2 verbunden, indem sie mit der Statorkammer SK und/oder mit der Getriebekammer GK fluidisch verbunden sind. Dazu kann das Kanalelement C4 direkt in die Statorkammer SK und/oder direkt in die Getriebekammer GK münden.
Ist durch die Statorkammer SK ein Anteil der Luftkammer K1 gebildet, sind die erste Ausströmseite AS1 und die zweite Einströmseite ES2 fluidisch miteinander und fluidisch mit der Luftkammer K1 verbunden, indem sie mit der Bürstenkammer BK und/oder mit der Statorkammer SK und/oder mit der Inverterkammer IK fluidisch verbunden sind. Hierzu kann zum Beispiel das Kanalelement C2 direkt in die Bürstenkammer BK und/oder direkt in die Statorkammer SK und/oder direkt in die Inverterkammer IK münden. In diesem Fall sind die zweite Ausströmseite AS2 und die dritte Einströmseite ES3 fluidisch miteinander und fluidisch mit der Flüssigkeitskammer K2 verbunden, indem sie mit der Getriebekammer GK fluidisch verbunden sind. Dazu kann das Kanalelement 04 direkt in die Getriebekammer GK münden.
Zumindest der zweite Rückströmverhinderer V2 ist derart ausgestaltet, ausgewählt oder hergestellt, dass er ein Strömen der Luft L freigibt, sobald ein an der zweiten Einströmseite ES2 anliegender Fluiddruck bzw. Luftdruck 1 mbar erreicht oder überschreitet.
Wie zudem aus Fig. 1 hervorgeht, sind die Rückströmverhinderer V1, V2, V3 vorliegend in Baueinheit B ausgeführt, das heißt zu der Baueinheit B zusammengefasst. Dabei können die Kanalelemente C1 , 03 besonders kurz ausfallen oder komplett entfallen.
Ferner weist die Druckausgleichsvorrichtung DAV vorliegend ein von Luft L durchströmbares Filterelement F auf, dessen erste Durchströmseite DS1 sowohl mit der zweiten Einströmseite ES2 als auch mit der ersten Ausströmseite AS1 fluidisch verbunden ist. Ferner sind eine zweite Durchströmseite DS2 des Filterelements F und die Bürstenkammer fluidisch miteinander verbunden.
Durch die Druckausgleichsvorrichtung DAV, durch das Gehäuse G, durch die elektrische Maschine EM sowie durch das Kraftfahrzeug ist eine jeweilige Möglichkeit aufgezeigt, um eine Druckdifferenz zwischen der Flüssigkeitskammer K2 und der Luftkammer K1 der elektrischen Maschine EM zu vermeiden, die mittels der Radialwellendichtung RWD voneinander fluidisch abgedichtet sind. Aktuellen Leckageproblemen zwischen den Kammern K1 , K2 wird somit wirksam entgegengewirkt. Die Ent- und Belüftung der beiden Kammern K1 , K2 (die auch als Öl- bzw. Luftraum bezeichnet werden können) werden aufgeteilt. Die Belüftung des Systems findet über die Luftseite, das heißt über die Luftkammer K1 bzw. über den mit der Luftkammer K1 fluidisch kommunizierenden Rückströmverhinderer V1 , statt. Die Entlüftung des Systems findet über die Öl-Seite, das heißt über den mit der Flüssigkeitskammer K2 fluidisch kommunizierenden Rückströmverhinderer V3, statt.
Beide Kammern K1 , K2 werden durch den zweiten Rückströmverhinderer V2, der bei der absolut geringen Öffnungsdruckdifferenz von weniger als 1 mbar durchströmbar ist oder wird, miteinander monodirektional fluidisch verbunden. Die Durchflussrichtung oder Strömungsrichtung ist durch den zweiten Rückströmverhinderer V2 vorgegeben, und zwar von der Luft-Seite hin zur Öl-Seite. Ein Öleintrag in den Luftraum bzw. in die Luftkammer K1 , insbesondere in die Bürstenkammer BK und in die Inverterkammer IK, wird dadurch verhindert. Der zweite Rückströmverhinderer V2 gibt eine Fluid- bzw. Luftströmung in Richtung R2 frei, wenn ein Überdruck im Luftraum oder ein Unterdrück im Öl-Raum anliegt. Dadurch werden die kritischen Betriebspunkte der Radialwellendichtung RWD aufgrund des Druckausgleichs zwischen den Kammern K1 , K2 vermieden. Die Öffnungsdrücke bzw. Öffnungsdruckdifferenzen der Rückströmverhinderer V1, V2, V3, die insbesondere als ein jeweiliges Schirmventil ausgebildet sein können, nach bzw. von außen sind so ausgelegt, dass hohe Systemdrücke vermieden werden, wodurch das System hocheffizient ist.
Fig. 2 zeigt beispielhaft ein Diagramm von Betriebszuständen der Radialwellendichtung RWD der elektrischen Maschine EM, wobei kritische Betriebszustände KB mittels der Druckausgleichsvorrichtung DAV vermieden werden. Durch die Abszisse ist eine Temperatur T der Radialwellendichtung RWD charakterisiert, wobei die Ordinate eine Druckdifferenz zwischen den Kammern K1 , K2 charakterisiert. Es ergeben sich in Abhängigkeit der Temperatur ? der Radialwellendichtung RWD die kritischen Betriebszustände KB im Bereich unterhalb der Grenzkurve C. Durch den Einsatz der Druckausgleichsvorrichtung DAV sind die Betriebspunkte der Radialwellendichtung RWD stets oberhalb der Grenzkurve C und damit nicht kritisch. Denn bereits unter 10 mbar Druckdifferenz DZ, insbesondere ab 1 mbar Druckdifferenz DZ erfolgt der Druckausgleich zwischen den Kammern K1 , K2 über den zweiten Rückströmverhinderer V2. Dies ist in dem Diagramm der Fig. 2 durch die Öffnungskennlinie KL des zweiten Rückströmverhinderers V2 dargestellt. Dadurch wird die Radialwellendichtung RWD nur noch unkritischen Betriebspunkten unterworfen.
Bezugszeichenliste
AS1 Ausströmseite
AS2 Ausströmseite
AS3 Ausströmseite
B Baueinheit
BK Bürstenkammer
C Grenzkurve
DAV Druckausgleichsvorrichtung
DR Dichtring
DS1 Durchströmseite
DS2 Durchströmseite
DZ Druckdifferenz
EM elektrische Maschine
ES1 Einströmseite
ES2 Einströmseite
ES3 Einströmseite
F Filterelement
G Gehäuse
GK Getriebekammer
I Inverter
IK Inverterkammer
K1 Luftkammer
K2 Flüssigkeitskammer
KD Kabeldurchführung
KV1 Kammerverbund
KV2 Kammerverbund
L Luft
N Flüssigkeit
KL Öffnungskennlinie
Ö1 Öffnung
Ö2 Öffnung
Ö3 Öffnung P Polkabel
R1 Strömungsrichtung
R2 Strömungsrichtung
R3 Strömungsrichtung RW Rotorwelle
RWD Radialwellendichtung
S Stator
SK Statorkammer
T Temperatur V1 Rückströmverhinderer
V2 Rückströmverhinderer
V3 Rückströmverhinderer
W1 Wand
W2 Wand W3 Wand

Claims

Patentansprüche
1. Druckausgleichsvorrichtung (DAV) für eine ein Gehäuse (G) aufweisende elektrische Maschine (EM), wobei die Druckausgleichsvorrichtung (DAV) drei Rückströmverhinderer (V1 , V2, V3) aufweist, wobei
- eine Ausströmseite (AS1) des ersten Rückströmverhinderers (V1) mit einer Einströmseite (ES2) des zweiten Rückströmverhinderers (V2) fluidisch verbunden ist und zudem dazu ausgebildet ist, mit einer Luftkammer (K1) des Gehäuses (G) fluidisch verbunden zu werden;
- eine Ausströmseite (AS2) des zweiten Rückströmverhinderers (V2) mit einer Einströmseite (ES3) des dritten Rückströmverhinderers (V3) verbunden ist und zudem dazu ausgebildet ist, mit einer Flüssigkeitskammer (K2) des Gehäuses (G), die mittels einer Radialwellendichtung (RWD) fluidisch von der Luftkammer (K1) abgedichtet ist, fluidisch verbunden zu werden.
2. Druckausgleichsvorrichtung (DAV) nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass der zweite Rückströmverhinderer (V2) dazu ausgebildet ist, das Strömen eines Fluids von seiner Einströmseite (ES2) hin zu seiner Ausströmseite (AS2) ab einer zwischen seiner Einströmseite (ES2) und seiner Ausströmseite (AS2) vorliegenden Öffnungsdruckdifferenz freizugeben, die kleiner als 10 Millibar, insbesondere kleiner als 5 Millibar, bevorzugt kleiner als 1 Millibar, ist.
3. Druckausgleichsvorrichtung (DAV) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens zwei der Rückströmverhinderer (V1 , V2, V3) miteinander in Baueinheit (B) ausgeführt sind. Druckausgleichsvorrichtung (DAV) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch ein von einem Fluid durchströmbares Filterelement (F), dessen erste Durchströmseite (DS1) mit der Einströmseite (ES2) des zweiten Rückströmverhinderers (V2) fluidisch verbunden ist und dessen zweite Durchströmseite (DS2) zudem dazu ausgebildet ist, mit der Luftkammer (K1) des Gehäuses (G) fluidisch verbunden zu werden. Druckausgleichsvorrichtung (DAV) nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Ausströmseite (AS1) des ersten Rückströmverhinderers (V1) und die erste Durchströmseite (DS1) miteinander fluidisch verbunden sind. Druckausgleichsvorrichtung (DAV) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass einer oder mehr der Rückströmverhinderer (V1, V2, V3) als ein jeweiliges Rückschlagventil, insbesondere Schirmventil, ausgebildet ist/sind. Gehäuse (G) für eine elektrische Maschine (EM), das eine Luftkammer (K1), eine Flüssigkeitskammer (K2) und eine nach einem der vorhergehenden Ansprüche ausgebildeten Druckausgleichsvorrichtung (DAV) aufweist, wobei die Kammern (K1 , K2) mittels einer Öffnung (Ö1, Ö2) fluidisch miteinander verbunden sind, und die Kammern (K1 , K2) an der Öffnung (Ö1, Ö2) fluidisch voneinander abgedichtet sind, wenn in die Öffnung (Ö1 , Ö2) eine Radialwellendichtung (RWD) eingesetzt ist und eine Welle (RW) der elektrischen Maschine (EM) sich durch Radialwellendichtung (RWD) hindurcherstreckt.
Gehäuse nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass
- durch die Luftkammer (K1) eine Bürstenkammer (BK) des Gehäuses (G) gebildet ist, wobei durch die Flüssigkeitskammer (K2) eine Statorkammer (SK) des Gehäuses (G) gebildet ist, oder
- die Luftkammer (K1) durch einen Kammerverbund gebildet ist, der durch die Bürstenkammer (BK) und die damit fluidisch kommunizierende Statorkammer (SK) gebildet ist, wobei durch die Flüssigkeitskammer (K2) eine Getriebekammer (GK) des Gehäuses (G) gebildet ist, oder
- durch die Luftkammer (K1) die Bürstenkammer (BK) des Gehäuses (G) gebildet ist, wobei die Flüssigkeitskammer (K2) durch einen anderen Kammerverbund gebildet ist, der durch die Statorkammer (SK) und die damit fluidisch kommunizierende Getriebekammer (GK) gebildet ist. Elektrische Maschine (EM) mit einem Gehäuse (G), das nach Anspruch 7 oder 8 ausgebildet ist. Kraftfahrzeug mit einer elektrischen Maschine (EM), die nach Anspruch 9 ausgebildet ist.
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