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Die
Erfindung betrifft ein Maschinengehäuse einer elektrischen Maschine.
Die Erfindung betrifft weiterhin ein Verfahren zur Herstellung eines
derartigen Maschinengehäuses.
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Unter
dem Stator von elektrischen Maschinen wie elektrischen Motoren und
Generatoren versteht man im allgemeinen den fest stehenden Teil
der elektrischen Maschine, während
der Rotor den sich bewegenden Teil der Maschine darstellt und innerhalb
des Stators angeordnet bzw. gelagert ist. Der Stator weist üblicherweise
eine oder mehrere Wicklungen auf, durch die beim Motor durch den
hindurch fließenden
elektrischen Strom ein magnetisches Feld erzeugt wird, dessen Wirkung über den
Luftspalt zwischen Stator und Läufer
hinweg die Bewegung des Rotors hervorruft. Beim Generator wird in
die Wicklung durch das sich mit dem Rotor drehende Magnetfeld hingegen
elektrischer Strom induziert. Für
Anwendung bei denen sowohl eine Funktion als Generator als auch
eine Funktion als Motor erwünscht
ist, können
auch beide Funktionen genutzt werden bzw. durch eine entsprechende
Auslegung in einer elektrischen Maschine integriert werden. Derartige
Anwendungen werden unter anderem üblicherweise bei regenerativen
Brems- und Antriebssystemen bei Kraftfahrzeugen realisiert, indem
mit der elektrische Maschine die Bremsenergie aufgebracht wird,
diese in einem Speicher zwischengespeichert wird und über die
elektrische Maschine wieder zum Antrieb des Kraftfahrzeuges genutzt
wird.
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Üblicherweise
ist bei der Konstruktion derartiger elektrischer Maschinen ein Auslegungsziel
einen möglichst
hohen Wirkungsgrad zu erreichen. Hierzu wird unter anderem eine
möglichst
gute Ausbreitung des Magnetfeldes im Bereich der Statorwicklungen
bzw. eine hohe Permeabilität
der Statorwicklung angestrebt. Dazu wird die Statorentwicklung im
allgemeinen in ein Statorblechpaket, welches sich aus so genanntem
Elektroblech zusammensetzt, eingewickelt bzw. in diesem in entsprechenden Nuten
geführt.
Das Statorblechpaket selbst wird mit der Wicklung innerhalb des
Stator- bzw. Maschinengehäuses
positioniert und befestigt. Dabei ist hierbei aufgrund der Bewegung
des Rotors als auch durch die Erwärmung bei Betrieb ein hohe
Festigkeit erforderlich. Deshalb wird das Statorblechpaket üblicherweise
in das Maschinengehäuse
eingeschrumpft, indem das Maschinengehäuse auf etwa 200°C erhitzt wird.
Durch den sich anschließenden
Abkühlvorgang und
die damit einhergehende Querschnittsreduzierung des Statorgehäuses wird
das Statorblechpaket im Statorgehäuse fixiert.
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Der
Stator ist beim Betrieb im allgemeinen einem großen Temperaturbereich von etwa –40°C bis etwa
160°C ausgesetzt.
Bei einigen Anwendungen wird der Stator daher mit einem Wasserkanal
umgeben, um diesen mit Wasser zu kühlen.
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Für eine Regelung
und Steuerung der elektrischen Maschine mit einer Leistungselektronik
werden Module dieser Leistungselektronik üblicherweise am Umfang des
Stators angebracht. Für
die Steuerungs- und Regelungsfunktionen der Module können für einen
Zugang zum Stator im Bereich der Module am Maschinengehäuse entsprechende
Aussparungen vorgesehen sein.
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Damit
sich bei den unterschiedlichen Betriebstemperaturen das Statorblechpaket
nicht lösen kann,
wird das Maschinengehäuse üblicherweise aus
Stahl gefertigt, weil Stahl einen ähnlichen Temperaturdehnungskoeffizient
wie das Statorblechpaket aufweist, so dass das Statorblechpaket
bei allen Betriebstemperaturen im Maschinengehäuse fixiert bleibt.
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Problematisch
bei der Herstellung des Maschinengehäuses ist, dass die Fertigung
des Maschinengehäuses
aus Stahl vergleichsweise aufwendig und damit kostenintensiv ist.
Dabei wird ein Maschinengehäuse üblicherweise
zunächst
gegossen und anschließend
mit verschiedenen Bearbeitungsverfahren, wie beispielsweise Fräsen, Bohren,
Schweißen
und Drehen weiterbearbeitet. Besonders aufwendig und damit kostenintensiv
ist die Realisierung der verschiedenen Vorrichtungen für Anbauteile,
die beispielsweise für
die Leistungselektronik oder auch den Anschluss eines Getriebes
benötigt
werden. Besonders kostenintensiv ist die Realisierung eines Kühlkanales,
wozu zusätzliche
aufwendige Nachbearbeitungsverfahren benötigt werden.
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Der
Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein Maschinengehäuse anzugeben,
das sich möglichst
kostengünstig
herstellen lässt.
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Ein
Maschinengehäuse
setzt sich hierfür
erfindungsgemäß aus einem
innenseitig angeordneten Statorträger und einem außenseitig
angeordneten Wassermantel zusammen, wobei ein Statorträger und
ein Wassermantel über
eine Anzahl von in Umfangsrichtung verlaufende Verbindungsstellen
miteinander verbunden sind.
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Die
Erfindung geht von der Annahme aus, dass bei der Herstellung von
oben beschriebenen Maschinengehäusen
insbesondere auf die notwendigen umfangreichen Nachbearbeitungsverfahren
eine großer
Anteil der Kosten entfällt.
Der Grund für
diese Nacharbeiten liegen dabei insbesondere in der Komplexität der Form
des Maschinengehäuses.
Daher geht die Erfindung weitergehend von der Überlegung aus, dass sich bei
einer Teilung des Maschinengehäuses
in mehrere Einzelkomponenten die Komplexität für die jeweiligen Einzelkomponenten
reduzieren lassen musste, weil zumindest ein Teil der Komplexität des Maschinengehäuses sich
erst durch die Kombination der Einzelkomponenten ergeben würde. Außerdem können kleinere
und damit weniger komplexere Bauteile entsprechend einfacher bzw. mit
weniger Nachbearbeitungsbedarf gefertigt werden.
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Ein
Maschinengehäuse
wird deshalb in einen Wassermantel und einen Statorträger unterteilt, die
nach ihrer Fertigung miteinander verbunden werden. Die Verbindung
erfolgt dabei über
mehrere Verbindungsstellen in Umfangsrichtung des Maschinengehäuses. Alternativ
kann auch eine umlaufende Verbindungsstelle ausreichen, wenn ein
Statorträger zusätzlich durch
einen Anschlag am Wassermantel fixiert ist. Hierfür kann ein
Statorträger,
der endseitig eine umlaufende Feder aufweist bis zum Anschlag in den
Wassermantel geschoben werden und im Bereich der Frontseite mit
dem Wassermantel verbunden werden.
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Für eine Kühlung des
Stators bzw. des Maschinengehäuses
weist ein Maschinengehäuse
zwischen Wassermantel und Statorträger vorteilhafterweise einen
Wasserkanal auf. Ein Wasserkanal wird dabei innenseitig durch den
Statorträger
und außenseitig
durch den Wassermantel begrenzt. Hierfür können im Wassermantel innenseitig
entsprechende Vertiefung vorgesehen sein, während der Wasserkanal nach
innen durch den zylindrisch ausgeführten Statorträger abgegrenzt
ist.
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Für die Befestigung
eines Statorblechpaketes im Statorträger ist dieser zweckmäßigerweise
zylindrisch ausgeführt.
Bei diese Formgebung kann ein Statorblechpaket über eine Einschrumpfung im
Maschinengehäuse
befestigt werden.
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Zur
Aufnahme von Modulen der Leistungselektronik zur Steuerung der elektrischen
Maschine, weist ein Wassermantel vorzugsweise eine Anzahl von Aussparungen
auf. Ein Modul der Leistungselektronik wird bei der Montage in einer
Aussparung versenkt und mit dem Wassermantel verschraubt. Zwischen
Wassermantel und Modul kann dabei zur Abdichtung des Wasserkanals
eine Dichtung angeordnet sein.
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Für eine möglichst
gute Abdichtung des Wasserkanals zwischen einem Modul einer Leistungselektronik
und dem Wassermantel und für
eine möglichst
einfache Befestigungsmöglichkeit
von Anbauteilen ist eine Wassermantel im Bereich einer Aussparung gerade
ausgeführt.
Hierfür
weist ein Wassermantel im Bereich einer Aussparung vorteilhafterweise
eine Fläche
auf.
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Für eine möglichst
einfache und preisgünstig zu
realisierende Formgebung, weist ein Wassermantel zweckmäßigerweise
die Form eines geraden Prismas auf. Bei einer derartigen Form stellt
eine oben beschriebene Fläche
eine Außenseite
des Prismas dar in denen auch Aussparungen positioniert sein können.
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Um
eine einfache und preisgünstige
Fertigung des Maschinengehäuses
zu gewährleiste,
setzt sich ein Wassermantel und/oder Stator vorzugsweise aus einem
Tiefziehteil zusammen.
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Zur
Herstellung eines oben beschriebenen Maschinengehäuses wird
zweckmäßigerweise
ein Statorträger
und ein Wassermantel mit Hartlöten
miteinander verbunden.
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Vorzugsweise
betrifft die Erfindung ein Maschinengehäuse eines Motors und/oder eines
Generators.
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Vorteilhafterweise
weist ein Motor und/oder Generator ein oben beschriebenes Maschinengehäuse auf.
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Der
wesentliche Vorteil der Erfindung besteht in der Möglichkeit
ein Maschinengehäuse
einer elektrischen Maschine kostengünstig zu fertigen. Dieses kann
insbesondere durch die Teilung des Maschinengehäuses in zwei Komponenten gewährleistet
werden, welches bewirkt, dass sich die Einzelkomponenten wesentlich
kostengünstigen
fertigen lassen als das Gesamtbauteil. Durch die Teilung können beide
Komponenten einerseits preisgünstiger aber
auch individueller ausgeführt
werden. So ist es möglich
Wassermantel und Statorträger
aus preisgünstigen
Tiefziehteilen zu fertigen. Ein Vorteil der sich aus der gewonnenen
Gestaltungsfreiheit der Einzelkomponenten ergibt ist, dass sich
der Wassermantel vergleichsweise einfach mit Flächen ausführen lässt, wodurch sich eine wesentlich
bessere Abdichtung bei Modulen der Leistungselektronik zum Wasserman tel
erreichen lässt
als bei einer runden Ausführung.
Diese Abdichtung ist insbesondere bei temperaturbedingten Dehnungseffekten
einer Abdichtung an einem runden Wassermantel überlegen. Ein weiterer Vorteil
der Teilung besteht in der Möglichkeit
durch die Verbindung der Komponenten ohne zusätzlichen Bearbeitungsaufwand
einen Wasserkanal zur Kühlung
zu realisieren.
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Die
Erfindung wird anhand eines Ausführungsbeispiels
näher erläutert. Darin
zeigt:
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1 ein
Maschinengehäuse 3,
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2 in
einer Aufsicht ein Maschinengehäuse 3 nach 1,
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3 einen
Statorträger 1 und
einen Wassermantel 2 eines Maschinengehäuses 3 nach 1,
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4 im
Schnitt ein Maschinengehäuse 3 nach 1,
und
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5 im
Schnitt eine Gehäusewand
eines Maschinengehäuses 3 nach 1.
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1 zeigt
ein Maschinengehäuse 3 eines nicht
näher dargestellten
Elektromotors. Das Maschinengehäuse 3 ist
insbesondere für
eine möglichst kostengünstige Herstellung
ausgelegt. Hierfür
setzt sich das Maschinengehäuse 3 aus
einem zylindrischen Statorträger 1 und
einen diesen umgebenden Wassermantel 2 zusammen. Der zylindrische
Statorträger 1 ist
für die
Aufnahme des Statorblechpaketes des Elektromotors innenseitig glatt
ausgeführt,
so dass das Statorblechpaket in diesen bzw. in das Motorgehäuse 3 eingeschrumpft
werden kann. Für
die Auslegung einer preisgünstigen
Fertigung ist der Statorträger 1 und
der Wassermantel 2 aus einem Tiefziehteil gefertigt.
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Wie
aus der Aufsicht des Maschinengehäuses 3 in 2 hervorgeht,
bildet der Zwischenraum zwischen Statorträger 1 und Wassermantel 2 den Wasserkanal 4 aus. Über diese
ist das Maschinengehäuse 2 mit
Wasser kühlbar.
Dabei kann Wasser über
den Wasseranschluss 16 dem Wasserkanal 4 zugeführt werden.
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Das
Maschinengehäuse 3 ist
besonders für ein
einfache Montage von Modulen der Leistungselektronik ausgerichtet,
die zur Steuerung des Motors benötigt
werden. Hierfür
ist der Wassermantel 2 als ein gerades Prisma ausgeführt. Auf
den Seiten des Prismas sind zur Aufnahme der Module der Leistungselektronik
Aussparungen 6 vorgesehen, was aus 3 hervorgeht.
Dabei können
die Aussparungen durch die Ausgestaltung des Wassermantels 2 als
Prisma auf den flächigen
Seitenflächen
positioniert werden, so dass die sich der Wasserkanal 4 durch
eine Dichtung zwischen den Modulen und dem Wassermantel 2 abdichten
lässt.
Hierfür
wird ein Modul auf einem Leistungselektronikträger 12 verschraubt.
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Zur
Aufnahme in eine Getriebeglocke weist der Wassermantel 2 und
der Statorträger 1 eine
Anzahl von Befestigungsflansche 14 auf, was ebenfalls aus 3 hervorgeht.
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4 zeigt
zur besseren Verdeutlichung das Maschinengehäuse 4 im Schnitt und 5 im
Schnitt die Gehäusewand
des Maschinengehäuses 3.
Wie aus den beiden Figuren hervorgeht bildet der Zwischenraum zwischen
Statorträger 1 und
dem Wassermantel 2 den Wasserkanal 4, der für die Kühlung des
Maschinengehäuses 3 mit
Wasser verwendet wird. Bei der Verbindung von Statorträger 1 und
Wassermantel 2 werden beide Komponenten mit einem Hartlötverfahren
an den in 5 eingekreisten in Umfangsrichtung
verlaufenden Stellen miteinander verbunden.
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- 1
- Statorträger
- 2
- Wassermantel
- 3
- Maschinengehäuse
- 4
- Wasserkanal
- 6
- Aussparung
- 8
- Fläche
- 10
- Dichtung
- 12
- Leistungselektronikträger
- 14
- Befestigungsflansch
- 16
- Wasseranschluss