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Technisches Gebiet:
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Die Erfindung betrifft ein Gehäuse für eine elektrische Maschine sowie eine elektrische Maschine mit einem genannten Gehäuse, die insbesondere als ein Antriebsaggregat eines Hybridelektro-/Elektrofahrzeugs, wie z. B. ein Starter-Generator, verwendet wird.
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Stand der Technik:
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Elektrische Maschinen, insbesondere für eine Anwendung als Antriebsaggregat eines Hybridelektro-/Elektrofahrzeugs, werden aufgrund starker Wärmeentwicklung in der Regel flüssigkeitsgekühlt. Hierzu werden die Gehäuse der elektrischen Maschinen mit Kühlkanälen ausgebildet, durch die beim Betrieb der elektrischen Maschinen Kühlflüssigkeit zur Kühlung der elektrischen Maschinen geführt wird. Derartige Gehäuse werden heutzutage in einem Gießverfahren hergestellt, wobei die Kühlkanäle beim Gießvorgang an Gehäusewänden mit geformt werden.
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Das Gießverfahren benötigt verhältnismäßig viel Material, wie zum Beispiel für Formteile, und erfordert weitere zum Teil aufwendige Nachbearbeitungen, wie zum Beispiel eine spanabhebende Bearbeitung. Folglich sind die elektrischen Maschinen mit durch Gießverfahren hergestellten Gehäusen mit hohen Herstellungsaufwand und -kosten verbunden.
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Damit besteht die Aufgabe der vorliegenden Erfindung darin, eine Möglichkeit aufzuzeigen, mit der eine elektrische Maschine beziehungsweise ein Gehäuse einer elektrischen Maschine einfach und kostengünstig hergestellt werden kann.
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Beschreibung der Erfindung:
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Diese Aufgabe wird durch unabhängige Ansprüche gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen sind Gegenstand der Unteransprüche.
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Gemäß einem ersten Aspekt der Erfindung wird ein Gehäuse für eine elektrische Maschine bereitgestellt. Das Gehäuse umfasst ein tiefgezogenes Gehäuseinnenteil mit einer inneren Gehäusewand sowie ein ebenfalls tiefgezogenes Gehäuseaußenteil mit einer äußeren Gehäusewand. Die innere Gehäusewand ist einen im Wesentlichen zylinderförmigen Hohlraum im Wesentlichen(zylinder-)mantelförmig umlaufend ausgebildet. Die äußere Gehäusewand ist wie die innere Gehäusewand im Wesentlichen(zylinder-)mantelförmig umlaufend ausgebildet und ist mit der inneren Gehäusewand mediendicht verbunden. Durch die innere und die äußere Gehäusewand ist somit ein Kühlkanal (insbesondere in Form von einem zwischen der inneren und der äußeren Gehäusewand umschlossenen hohlzylinderförmigen Hohlraum) ausgebildet, durch den eine Kühlflüssigkeit zur Kühlung der elektrischen Maschine geführt werden kann.
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Dadurch, dass sowohl das Gehäuseinnenteil als auch das Gehäuseaußenteil im Tiefziehverfahren hergestellt sind, kann das Gehäuse im Vergleich zu einem Gehäuse mit druckgegossenen Gehäuseteilen in wenigen Herstellungsschritten und mit geringen Materialaufwand und somit wesentlich günstiger hergestellt werden. Dadurch, dass die beiden tiefgezogenen Gehäusewände (also die Gehäuseinnenwand und -außenwand) auch in einfacher Weise miteinander mediendicht verbunden werden können, kann ein Kühlkanal ebenfalls ohne aufwendigen zusätzlichen Herstellungsaufwand zwischen den beiden tiefgezogenen Gehäusewänden ausgebildet werden.
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Durch die kurzen Verarbeitungszeiten beim Tiefziehverfahren können die Gehäuseteile (also Gehäuseinnenteil und -außenteil) beziehungsweise die Gehäusewände mit einer hohen Fertigungsgeschwindigkeit und somit als Massenprodukt kostengünstig hergestellt werden.
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Damit ist eine Möglichkeit bereitgestellt, mit der eine elektrische Maschine beziehungsweise ein Gehäuse einer elektrischen Maschine einfach und kostengünstig hergestellt werden kann.
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Mit den tiefgezogenen Gehäuseteilen ist zudem möglich, die Gehäuse der elektrischen Maschinen und somit auch die elektrischen Maschinen selbst bei gleichbleibenden Drehmomenten und Leistungen in einem vergleichsweise geringen Bauraum herzustellen.
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Ferner sind die innere und die äußere Gehäusewand zur Bildung vom Kühlkanal vorzugsweise miteinander stoffschlüssig mediendicht verbunden. Vorzugsweise sind die beiden Gehäusewände miteinander verschweißt, insbesondere durch Strahlschweißverfahren wie z. B. Elektronenstrahl- oder Laserstrahlschweißverfahren.
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Eine stoffschlüssige, insbesondere elektronenstrahl- oder laserstrahlverschweißte, Verbindung ermöglicht eine wartungsarme stabile Verbindung der beiden Gehäusewände. Das Elektronenstrahl- oder Laserschweißverfahren ermöglicht dünne, qualitativ hochwertige Schweißnähte, die keine Nachbearbeitung erfordern. Zudem erfolgt das Elektronenstrahl- oder Laserschweißverfahren als berührungsloses Schweißverfahren ohne Krafteinwirkung auf die Gehäuseteile beziehungsweise die Gehäusewände. Weitere Vorteile des Elektronenstrahl- oder Laserschweißverfahrens sind geringer thermischer Verzug durch gezielte Einwirkung auf einen sehr engen Bereich, sowie die Möglichkeit, aus der Ferne an schwer zugänglichen Stellen der Gehäuseteile zu schweißen.
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Vorzugsweise sind die beiden Gehäuseteile im Wesentlichen aus Metallblechen, vorzugsweise aus Stahlblechen, insbesondere aus korrosionsgeschützt legierten oder verzinkten Stahlblechen, in einem Tiefziehverfahren geformt. Derartige Metall- beziehungsweise Stahlbleche sind in verschiedenen Stärken und Materialeigenschaften kostengünstig erhältlich.
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Das Gehäuseinnenteil und/oder das Gehäuseaußenteil weist vorzugsweise einen tiefgezogenen Bodenbereich auf, der den Hohlraum einseitig abgrenzt. Insbesondere ist der Bodenbereich mit der Gehäuseinnenwand und/oder der Gehäuseaußenwand in einem Tiefziehvorgang einstückig ausgebildet.
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Der Bodenbereich weist vorzugsweise ein Halterelement auf, das beim Tiefziehvorgang des Bodenbereichs rohrförmig, insbesondere in den Hohlraum hineinragend, an dem Bodenbereich ausgebildet ist. Das Halterelement dient zur Aufnahme und zur Befestigung eines Rotorwellenlagers der elektrischen Maschine an dem Gehäuse. An dem Halteelement kann das Rotorwellenlager konzentrisch und drehfest befestigt werden, an der wiederum eine Rotorwelle der elektrischen Maschine drehbar gelagert werden kann.
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Vorzugsweise weist das Halteelement Versteifungssicken auf, die dem Halteelement und somit dem Gehäuse zusätzliche mechanische Steifigkeit verleihen und einen stabilen Sitz des Rotorwellenlagers an dem Gehäuse ermöglichen.
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Vorzugsweise ist der Bodenbereich mit der inneren und/oder der äußeren Gehäusewand einstückig aus einem und demselben Werkstück, insbesondere einer und derselben Ronde, in einem und demselben Tiefziehvorgang ausgebildet.
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Gemäß einem weiteren Aspekt der Erfindung wird eine elektrische Maschine bereitgestellt. Die elektrische Maschine umfasst ein zuvor beschriebenes Gehäuse und einen Stator, wobei der Stator in dem zylinderförmigen Hohlraum des Gehäuses angeordnet ist und mit der inneren Gehäusewand drehfest verbunden ist.
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Vorteilhafte Ausgestaltungen des oben beschriebenen Gehäuses sind, soweit im Übrigen auf die oben genannte elektrische Maschine übertragbar, auch als vorteilhafte Ausgestaltungen der elektrischen Maschine anzusehen.
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Kurzbeschreibung der Zeichnungen:
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Im Folgenden werden beispielhafte Ausführungsformen der Erfindung Bezug nehmend auf den beiliegenden Zeichnungen näher erläutert. Dabei zeigen:
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1 in einer schematischen Querschnittdarstellung eine elektrische Maschine gemäß einer Ausführungsform der Erfindung;
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2 in einer schematischen Querschnittdarstellung ein Gehäuse der in 1 dargestellten elektrischen Maschine;
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3 in einer schematischen Perspektivdarstellung das in 2 dargestellte Gehäuse; und
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4 in einer schematischen Querschnittdarstellung ein Gehäuse einer elektrischen Maschine gemäß einer weiteren Ausführungsform der Erfindung.
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Detaillierte Beschreibung der Zeichnungen:
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1 zeigt eine elektrische Maschine EM in einer schematischen Querschnittdarstellung.
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Die elektrische Maschine EM umfasst ein Gehäuse GH, das einen im Wesentlichen zylinderförmigen Hohlraum HR umschließt. In diesem Hohlraum HR weist die elektrische Maschine EM einen Stator ST auf, der mit dem Gehäuse GH drehfest verbunden ist. Die elektrische Maschine EM umfasst ferner einen Rotor RT, der ebenfalls in dem Hohlraum HR und konzentrisch zu dem Stator ST angeordnet ist. Der Rotor RT umfasst eine Rotorwelle RW. Die Rotorwelle RW ist im Gehäuse GH über zwei Rotorwellenlager WL1 und WL2 drehbar gelagert.
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2 zeigt das Gehäuse GH der in 1 dargestellten elektrischen Maschine EM in einer schematischen Querschnittdarstellung.
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Das Gehäuse GH umfasst ein Gehäuseinnenteil IT, ein Gehäuseaußenteil AT sowie einen Gehäusedeckel GD, der zugleich ein Lagerschild der elektrischen Maschine EM ist.
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Das Gehäuseinnenteil IT umfasst eine im Wesentlichen zylindermantelförmig ausgebildete innere Gehäusewand IW, die den Hohlraum HR des Gehäuses GH mantelförmig umgibt.
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Das Gehäuseinnenteil IT umfasst ferner einen Bodenbereich BB, der mit der inneren Gehäusewand IW einstückig ausgebildet ist und sowohl die innere Gehäusewand IW als auch den Hohlraum HR einseitig abgrenzt.
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Der Bodenbereich BB weist in der Mitte einen kegelmantelförmig in den Hohlraum HR hineinragend geformten Abschnitt KA1 sowie einen an dem freiliegenden Ende des kegelmantelförmigen Abschnitts KA1 rohrförmig aus dem Hohlraum HR herausragend geformten zweiten Abschnitt RA1 auf, wobei die beiden Abschnitte KA1, RA1 gemeinsam ein Halterelement HE1 ausbilden. An diesem Halterelement HE1 beziehungsweise an dem rohrförmigen Abschnitt RA1 des Halterelements HE1 ist ein Rotorwellenlager WL1 konzentrisch angeordnet und drehfest befestigt. Dabei ist der Außenring des Rotorwellenlagers WL1 an dem Halterelement HE1 elektronenstrahl- oder laserverschweißt und somit von dem Halterelement HE1 umschlossen.
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Der kegelmantelförmige Abschnitt KA1 weist zudem Versteifungssicken VS auf, die gleichmäßig über den Umfang des Abschnitts KA1 verteilt angeordnet sind und sich radial in Richtung zu dem rohrförmigen Abschnitt RA1 erstrecken. Diese Versteifungssicken VS verleihen dem Halteelement HE1 zusätzliche mechanische Steifigkeit und somit einen besseren Halt für den Rotorwellenlager WL1.
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Das Gehäuseaußenteil AT umfasst eine im Wesentlichen zylindermantelförmig ausgebildete äußere Gehäusewand AW, die die innere Gehäusewand IW mantelförmig umgibt.
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Die Durchmesser der inneren und der äußeren Gehäusewand IW, AW sind zueinander so abgestimmt, dass die beiden Gehäusewände IW, AW gemeinsam einen hohlzylinderförmigen Hohlraum umschließen, der einen Kühlkanal KK zum Durchleiten einer Kühlflüssigkeit zur Kühlung der elektrischen Maschine EM ausbildet.
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Die innere Gehäusewand IW weist an einer von dem Bodenbereich BB abgewandten Seite einen von dem Hohlraum HR radial abstehenden kreisscheibenförmigen Abschnitt auf, der einen Flansch FL1 der inneren Gehäusewand IW ausbildet. Analog weist die äußere Gehäusewand AW an einer dem Bodenbereich BB abgewandten Seite einen von dem Hohlraum HR radial abstehenden kreisscheibenförmigen Abschnitt auf, der einen Flansch FL2 der äußeren Gehäusewand AW ausbildet. Die beiden Flansche FL1, FL2 sind miteinander flächig kontaktiert und elektronenstrahl- oder laserstrahlgeschweißt und somit mediendicht verbunden.
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An der von dem Flansch FL2 abgewandten Seite weist die äußere Gehäusewand AW einen in dem Hohlraum HR hin radial abstehenden Endbereich EB auf, der eine ringscheibenförmige Verbindungsfläche VF1 aufweist. An einer mit diesem Endbereich EB korrespondierenden Stelle weist die innere Gehäusewand IW einen stufenförmig verjüngenden Abschnitt AB auf, der eine mit der Verbindungsfläche VF1 der äußeren Gehäusewand AW korrespondierende Verbindungsfläche VF2 aufweist. Die beiden Verbindungsflächen VF1, VF2 der äußeren und der inneren Gehäusewand AW, IW sind ebenfalls miteinander flächig kontaktiert und elektronenstrahl- oder laserstrahlgeschweißt und somit mediendicht verbunden.
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Durch die mediendichten Verbindungen der beiden Flansche FL1, FL2 sowie der beiden Verbindungsflächen VF1, VF2 der inneren und der äußeren Gehäusewand IW, AW ist der Kühlkanal KK von der Umgebung mediendicht abgedichtet.
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Der Gehäusedeckel GD, beziehungsweise der Lagerschild, grenzt die beiden Gehäusewände AW, IW und den Hohlraum HR von einer dem Bodenbereich BB gegenüberliegenden Seiten ab. Der Gehäusedeckel GD ist im Wesentlichen topfförmig ausgebildet und umschließt somit einen Teilbereich des Hohlraumes HR, in dem eine Elektronikanordnung EA zum Betreiben der elektrischen Maschine EM, wie. z. B. ein Inverter, untergebracht ist.
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Der Gehäusedeckel GD weist einen kreisringscheibenförmigen Endabschnitt auf, der einen weiteren Flansch FL3 ausbildet, der mit den zuvor beschriebenen beiden Flanschen FL1, FL2 der inneren und der äußeren Gehäusewand IW, AW flächig kontaktiert. Der Gehäusedeckel GD bzw. Lagerschild kann nun mit dem Gehäuse GH verschraubt oder verschweißt werden. 3 zeigt dazu eine verschraubbare Ausführung mit entsprechenden Konstruktionsdetails wie den Anschraubdomen.
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Der Gehäusedeckel GD weist ferner in der Mitte einen kegelmantelförmig in den Hohlraum HR hineinragend geformten Abschnitt KA2 sowie einen an dem freiliegenden Ende des kegelmantelförmigen Abschnitts KA2 rohrförmig aus dem Hohlraum HR herausragend geformten zweiten Abschnitt RA2 auf, wobei die beiden Abschnitte KA2, RA2 gemeinsam ein weiteres Halterelement HE2 ausbilden. An diesem Halterelement HE2 beziehungsweise an dem rohrförmigen Abschnitt RA2 des Halterelements HE2 ist ein weiteres Rotorwellenlager WL2 der elektrischen Maschine EM konzentrisch angeordnet und drehfest befestigt.
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Sowohl das Gehäuseinnenteil IT, das Gehäuseaußenteil AT als auch der Gehäusedeckel GD sind jeweils aus einem verzinkten Stahlblech in einem flüssigkeitsgekühlten Tiefziehverfahren hergestellt.
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Als Tiefziehverfahren werden beispielsweise Stülpziehen, Abstreckziehen oder Aufweiten der Stahlbleche durch Drücken verwendet. Dabei können die Gehäuseteile IT, AT, beziehungsweise die Gehäusewände IW, AT sowie der Gehäusedeckel GS in einem einstufigen oder mehrstufigen Tiefziehvorgang geformt werden.
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Vorzugsweise weisen die Gehäuseteile IT, AT, beziehungsweise die Gehäusewände IW, AW sowie der Gehäusedeckel GD beziehungsweise der Lagerschild eine Wandstärke von ca. 1,5 bis 2,5 Millimeter auf.
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Durch das Verschweißen, insbesondere das Elektronen- oder Laserschweißen, der beiden Gehäuseteile IT, AT, beziehungsweise der beiden Gehäusewände IW, AW, sowie des Gehäusedeckels GD miteinander kann das Gehäuse GH in einfacher Weise hergestellt werden, das zudem stabil und wartungsarm ist.
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3 zeigt das Gehäuse GH in einer schematischen Perspektivdarstellung.
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In 3 sind die Versteifungssicken VS deutlich erkennbar, die gleichmäßig über den Umfang des kegelmantelförmigen Abschnitts KA1 verteilt angeordnet sind und sich radial in Richtung zu dem rohrförmigen Abschnitt RA1 erstrecken.
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So wie in 3 weiter erkennbar ist, umfasst das Gehäuse GH ferner Befestigungselemente BE, die über den Umfang des Gehäuses GH verteilt angeordnet sind und an dem Gehäuse GH verschweißt, insb. elektronenstrahlverschweißt, sind. Alternativ sind die Befestigungselemente BE in dem Tiefziehvorgang an dem Gehäuseaußenteil AT beziehungsweise an dessen Gehäuseaußenwand AW einstückig ausgeformt. Über die Befestigungselemente BE wird die elektrische Maschine EM an einem Antriebsstrang eines Hybridelektro-/Elektrofahrzeugs befestigt.
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4 zeigt in einer schematischen Querschnittdarstellung ein weiteres Gehäuse GH´ für eine elektrische Maschine.
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Das hier dargestellte Gehäuse GH´ unterscheidet sich von dem zuvor beschriebenen Gehäuse GH dadurch, dass dieses Gehäuse GH´ eine flanschlose Gehäuseinnenwand IW´ und eine flanschlose Gehäuseaußenwand AW´ umfassen, die miteinander anstelle einer Flanschverbindung (wie bei den Gehäusewänden IW, AW des zuvor beschriebenen Gehäuses GH) ausschließlich mittels Schweißverbindungen mediendicht verbunden sind.
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Hierzu weist die äußere Gehäusewand AW´ auf der zur inneren Gehäusewand IW´ weisenden Seite zwei Schweißflächen auf, die sich an jeweiligen Randbereichen der äußeren Gehäusewand AW´ befinden. Analog weist die innere Gehäusewand IW´ auf der zur äußeren Gehäusewand AW´ weisenden Seite zwei korrespondierenden Schweißflächen auf. Die zueinander korrespondierenden Schweißflächen der äußeren und der inneren Gehäusewand AW´, IW´ werden miteinander elektronenstrahl- oder laserverschweißt. Die dadurch entstandenen zylindermantelförmigen ausgedehnt flächigen Schweißverbindungen SV1, SV2 bilden mediendichte Abdichtung für den zwischen der äußeren und der inneren Gehäusewand AW´, IW´ ausgebildeten Kühlkanal KK´ aus.
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Der Gehäusedeckel GD´, der in dieser Ausführungsform ebenfalls als ein Lagerschild dient, grenzt die innere Gehäusewand IW´ und den von der inneren Gehäusewand IW´ umschlossenen Hohlraum HR einseitig ab. Zwischen dem Gehäusedeckel GD´ und der inneren Gehäusewand IW´ ist ein O-Ring OR angeordnet, der den Hohlraum HR von der Umgebung mediendicht abdichtet.
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Der Gehäusedeckel GD bzw. Lagerschild wird mit dem Gehäuse GH verschraubt oder verspannt und kann zusätzlich die zuvor genannte Elektronikanordnung EA aufnehmen.
