DE102017207056A1 - Elektrische Maschine - Google Patents
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Abstract
Elektrische Maschine, umfassend einen Stator einen mit dem Stator magnetisch wirkenden Rotor, wobei der Rotor um eine Drehachse drehbar gelagert ist, eine Welle (1, 11) auf welcher der Rotor befestigt ist, wobei die Welle (1, 11) als Hohlwelle ausgebildet ist, wobei die Welle einen Abschnitt aufweist der als Strangpressprofil (2, 12) ausgebildet ist und wobei die Welle (1, 11) ein erstes Wellenende (3, 13) und ein zweites Wellenende (4, 14) aufweist, wobei das erste Wellenende (3, 13) und das zweite Wellenende (4, 14) mit dem Strangpressprofil (2, 12) an den jeweils gegenüberliegenden Enden des Strangpressprofils (2, 12) dauerhaft verbunden sind.
Description
- Gebiet der Erfindung
- Die vorliegende Erfindung betrifft eine elektrische Maschine, umfassend einen Stator einen mit dem Stator magnetisch wirkenden Rotor, wobei der Rotor um eine Drehachse drehbar gelagert ist, eine Welle auf welcher der Rotor befestigt ist, wobei die Welle als Hohlwelle ausgebildet ist.
- Stand der Technik
- Elektrische Maschinen erwärmen sich während der Energiewandlung von elektrischer in mechanische Energie und umgekehrt. Zu Erhöhung des Wirkungsgrades solcher elektrischer Maschinen ist es daher erforderlich diese zu kühlen. Es ist bekannt Wellen solche elektrischer Maschinen als Hohlwellen auszubilden, durch welche ein Kühlmedium strömen kann. Andere Lösungen sehen ein System vor bei der die Welle Bohrungen und mechanisch bearbeitete Rillen aufweist, welche mittels einer Stahlhülse umschlossen werden und so Kühlkanäle ausbilden.
- Die
DE102012203697A1 zeigt eine elektrische Maschine, umfassend einen Stator, einen um eine Drehachse drehbar gelagerten Rotor, eine Welle auf welcher der Rotor befestigt ist, wobei die Welle eine axiale Bohrung aufweist, ein Zuflusselement, das sich so in die axiale Bohrung erstreckt, dass ein Kühlmedium aus dem Zuflusselement in die axiale Bohrung fließen kann. - Zusammenfassung der Erfindung
- Es ist eine Aufgabe der Erfindung, elektrische Maschinen in der Hinsicht zu verbessern, dass eine Welle vorgesehen wird, welche eine verbesserte Kühlung der elektrischen Maschine gewährleistet und dabei platzsparend, gewichtsreduzierend und kostengünstig herstellbar ist.
- Die Lösung der Aufgabe erfolgt durch eine elektrische Maschine mit den Merkmalen aus Anspruch 1.
- Erfindungsgemäß ist eine elektrische Maschine vorgesehen, umfassend einen Stator einen mit dem Stator magnetisch wirkenden Rotor, wobei der Rotor um eine Drehachse drehbar gelagert ist, eine Welle auf welcher der Rotor befestigt ist, wobei die Welle als Hohlwelle ausgebildet ist, wobei die Welle einen Abschnitt aufweist der als Strangpressprofil ausgebildet ist und wobei die Welle ein erstes Wellenende und ein zweites Wellenende aufweist, wobei das erste Wellenende und das zweite Wellenende mit dem Strangpressprofil an den jeweils gegenüberliegenden Enden des Strangpressprofils dauerhaft verbunden sind.
- Ein wesentlicher Vorteil bei der erfindungsgemäßen Ausbildung der Welle besteht darin, dass durch die Welle beispielsweise eine weitere mit dieser konzentrisch angeordneten Welle, ohne zusätzlichen Bauraum zu benötigen, verlaufen kann.
- Weiterbildungen der Erfindung sind in den abhängigen Ansprüchen, der Beschreibung sowie den beigefügten Zeichnungen angegeben.
- Vorzugsweise ist das Strangpressprofil aus Aluminium oder Aluminiumlegierung hergestellt.
- Aluminium bzw. geeignete Aluminiumlegierungen werden im Automobilbau und im Maschinenbau aufgrund ihrer Eigenschaften und aufgrund von Gewichtsreduktion bevorzugt für solche Anwendungen eingesetzt.
- Gemäß einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung weist das Strangpressprofil zumindest einen Kanal auf, durch welchen ein Kühlmedium strömen kann.
- Durch das Strangpressen lassen sich einfach und kostengünstig geeignete Geometrien herstellen. Dadurch können in der Welle zumindest in einem gewünschten Abschnitt besonders kostengünstig und platzsparend Kühlkanäle ausgebildet werden. Das Bauteil kann dabei auch gewichtsoptimiert hergestellt werden.
- Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung sind das erste Wellenende und das zweite Wellenende aus Stahl hergestellt.
- An die Wellenenden oder Wellenstummel werden höhere Anforderungen gestellt und werden daher aus einem anderen Werkstoff als der Abschnitt mit dem Strangpressprofil hergestellt.
- Bevorzugt erfolgt im Bereich des ersten Wellenendes und/oder des zweiten Wellenendes die Lagerung der Welle in einem Gehäuse der elektrischen Maschine.
- Das erste Wellenende und das zweite Wellenende sind gemäß einer weiteren erfindungsgemäßen Ausführungsform mittels Schweißen, insbesondere mittels Reibschweißen, mit dem Strangpressprofil verbunden.
- Das Verbinden unterschiedlicher Materialien kann oft ein Problem darstellen. Reibschweißen, insbesondere Rührreibschweißen, hat sich zum Verbinden von Stahl- mit Aluminiumteilen als vorteilhaft festgestellt.
- Es können aber auch andere im Stand der Technik bekannte Verbindungsverfahren, beispielsweise Kleben, angewendet werden.
- Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung weisen das erste Wellenende und/oder das zweite Wellenende und/oder ein erster zylindrischer Körper und/oder ein zweiter zylindrischer Körper eine Ausgestaltung auf, welche ein Umlenken des Kühlmediums bewirken.
- Diese Ausgestaltung ist bevorzugt an der dem Strangpressprofil zugewandten Stirnseite des ersten Wellenendes und/oder des zweiten Wellenendes ausgebildet.
- Gemäß einer weiteren erfindungsgemäßen Ausführungsform ist im ersten Wellenende oder im Strangpressprofil ein erster zylindrischer Körper angeordnet.
- Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung ist im zweiten Wellenende oder im Strangpressprofil ein zweiter zylindrischer Körper angeordnet.
- Die zylindrischen Körper dienen zur Gewährleistung des Kühlmittelstromzulaufs und -ablaufs bzw. zur Trennung des Zulaufs und des Ablaufs.
- Der erste und der zweite zylindrische Körper sind bevorzugt als Hülsen ausgebildet, wobei die Hülsen so angeordnet ist, dass sie zumindest einen Kanal bilden, wobei ein erster Kanal den Zulauf definiert und wobei ein zweiter Kanal den Ablauf definiert und die Hülsen den Zulauf und Ablauf von einander Trennen.
- In einer bevorzugten Ausführungsform ist der erste zylindrische Körper in das erste Wellenende oder das Strangpressprofil eingepresst.
- In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform ist der zweite zylindrische Körper in das zweite Wellenende oder das Strangpressprofil eingepresst.
- Der erste und der zweite zylindrische Körper sind bevorzugt aus Stahl hergestellt, können jedoch auch aus einen beliebig anderen geeigneten Material hergestellt sein.
- Figurenliste
- Die Erfindung wird im Folgenden beispielhaft unter Bezugnahme auf die Zeichnungen beschrieben.
-
1 ist eine Schnittansicht einer Welle für eine elektrische Maschine in ersten erfindungsgemäßen Ausführungsform. -
2 ist eine Schnittansicht einer Welle für eine elektrische Maschine einer zweiten erfindungsgemäßen Ausführungsform. - Detaillierte Beschreibung der Erfindung
- In den
1 und2 werden zwei alternative Ausführungsvarianten einer Welle1 ,11 für eine elektrische Maschine dargestellt. In Den Figuren werden die Bauteile einer elektrischen Maschine wie Rotor, Stator, elektrische Komponenten und Gehäuse nicht dargestellt. -
1 zeigt eine erste Ausführungsvariante bei der eine Welle1 einer elektrischen Maschine ein Strangpressprofil2 entlang eines AbschnittsAS mit zumindest einem KühlkanalK aufweist, wobei der KühlkanalK im Wesentlichen eine gemeinsame Achse zur Drehachse der Welle1 bildet. Damit ist zu verstehen, dass der KühlkanalK im Wesentlichen ringförmig, um die Drehachse der Welle1 angeordnet ist. Er ist zudem in dieser Ausführungsvariante so ausgebildet, dass er durchgängig um die Achse herum ausgestaltet ist oder aber voneinander getrennte Kammern aufweist. Das Strangpressprofil2 weist ein erstes und ein zweites Ende des AbschnittsAS auf, wobei am ersten Ende ein erstes Wellenende3 und am zweiten Ende ein zweites Wellenende4 angeordnet ist. Das erste Wellenende3 und das zweite Wellenende4 sind dabei bevorzugt mittels Rührreibschweißen mit dem Strangpressprofil2 dauerhaft verbunden. Mit diesem Verfahren lassen sich auch unterschiedliche Materialien gut verbinden, also wie im Ausführungsbeispiel ein Aluminium-Strangpressprofil mit Wellenenden aus Stahl. - Der erste zylindrische Körper
6 , der im Wesentlichen die Form einer Hülse aufweist, ist so ausgebildet, dass ein ZulaufZ von nicht dargestelltem Kühlmedium in den KühlkanalK des Strangpressprofils2 erlaubt wird. Ein zweiter zylindrischer Körper5 , welcher ebenfalls im Wesentlichen die Form einer Hülse aufweist, ist mittels einer PresspassungP1 mit dem Strangpressprofil2 dauerhaft verbunden. Der zweite zylindrische Körper5 erstreckt sich in axialer Richtung beginnend vom Endbereich des Strangpressprofils2 durch den ersten zylindrischen Körper6 hindurch, wobei das Ende des zweiten zylindrischen Körpers5 mit einer Überlänge aus den ersten zylindrischen Körper6 hinaus ragt. Der AußendurchmesserA5 des hülsenförmigen ersten zylindrischen Körpers5 ist kleiner als der InnendurchmesserI6 des hülsenförmigen zweiten zylindrischen Körpers6 und bilden einen ringförmigen KanalA5-I6 für den ZulaufZ des Kühlmediums. Im Bereich des Endbereichs des Strangpressprofils2 bilden die einander zugewandten Stirnseiten des ersten zylindrischen Körpers6 und des zweiten zylindrischen Körpers5 einen SpaltS , so dass das Kühlmedium vom KanalA5-I6 in den KühlkanalK des Strangpressprofils2 strömen kann. Der erste zylindrische Körper6 und der KanalK des Strangpressprofils2 sind dabei derart ausgestaltet, dass das Kühlmedium nur in dafür vorgesehene erste Kammern des KühlkanalsK strömen kann. Das Kühlmedium strömt axial in Richtung des zweiten Wellenendes4 , wobei das zweite Wellenende4 stirnseitig eine AusgestaltungR aufweist, welche ein Umlenken des Kühlmediums in, von den ersten Kammern getrennten, zweite Kammern des KühlkanalsK in Richtung AblaufA bewirkt. Um den Auslass zu gewährleisten sind im ersten Wellenende3 BohrungenB vorgesehen. Die BohrungenB sind derart ausgebildet, dass eine Fluidverbindung der zweiten Kammern des KühlkanalsK und einem KanalA6-I3 gewährleistet ist. Die BohrungenB erstrecken sich dabei in einem Winkel oder einer Neigung von SpaltS bis zum Innendurchmesser des ersten Wellenendes3 . Der erste zylindrische Körper6 ist dabei mittels einer PresspassungP2 mit dem ersten Wellenende3 dauerhaft verbunden. Alternativ kann der erste zylindrische Körper6 im nicht dargestellten Gehäuse verpresst sein. Bei dieser Ausführungsvariante weist der erste zylindrische Körper6 einen Luftspalt zu dem ersten Wellenende3 auf. Der erste zylindrische Körper6 weist eine Abstufung auf, wodurch der Innendurchmesser des ersten Wellenendes3 größer ist als der Außendurchmesser des ersten zylindrischen Körpers6 . Die BohrungenB des ersten Wellenendes3 sind daher in einen Winkel oder einer Neigung ausgebildet, dass die BohrungenB mit der Abstufung fluidverbunden sind. Dadurch wird der KanalA6-I3 gebildet, durch welchen das Kühlmedium in Richtung AblaufA strömen kann. Der zweite zylindrische Körper6 ragt dabei axial durch das erste Wellenende3 hinaus. - Eine zweite Ausführungsvariante ist in
2 dargestellt. Die Welle11 umfasst einen AbschnittAS der als Strangpressprofil12 ausgebildet ist, wobei das Strangpressprofil12 zumindest einen im Wesentlichen ringförmigen KühlkanalK1 ausbildet. Der KühlkanalK1 kann auch separate Kammern aufweisen die so ausgebildet sind, dass nur in dazu ausgebildete Kammern Kühlmedium einströmen kann und nach einem Umlenken des Kühlmediums im Bereich des zweiten zylindrischen Körpers4 in den anderen Kammern das Kühlmedium wieder aus dem Strangpressprofil12 ausströmen kann. An beiden Enden des AbschnittsAS des Strangpressprofils12 sind Wellenenden13 ,14 angeordnet, wobei die Wellenenden13 ,14 aus einem anderen Material, beispielsweise Stahl, als das Strangpressprofil12 , beispielsweise Aluminiumlegierung, gefertigt sind. Das erste Wellenende13 und das zweite Wellenende14 sind mit dem Strangpressprofil12 mittels Rührreibschweißen dauerhaft verbunden. Alternativ könnten die beiden Wellenenden13 ,14 auch durch Kleben mit dem AbschnittAS , verbunden werden. - Ein zweiter zylindrischer Körper
15 ist mittels einer PresspassungP1' mit dem ersten Wellenende13 dauerhaft verbunden. Der zweite zylindrische Körper15 erstreckt sich axial durch den AbschnittAS der Welle11 und einem ersten zylindrischen Körper16 , wobei der zweite zylindrische Körper15 aus den ersten zylindrischen Körper16 hinaus ragt. Der Außendurchmesser des zweiten zylindrischen Körper15 und der Innendurchmesser des ersten zylindrischen Körpers16 bilden einen KanalA15-I16 durch welchen ein Kühlmedium über einen ZulaufZ in axialer Richtung strömen kann. Der erste zylindrische Körper16 weist zum Strangpressprofil12 eine AusgestaltungR1 derart auf, dass sich der Innendurchmesser des ersten zylindrischen Körper16 weitet, bis er den gleichen Außendurchmesser wie der KühlkanalK2 aufweist. Dieser KühlkanalK2 wird im Wesentlichen durch den Außendurchmesser des zweiten zylindrischen Körper15 und dem Innendurchmesser des Strangpressprofils12 gebildet. Das Kühlmedium kann durch diesen KühlkanalK2 strömen, bis es SpaltS' erreicht, welcher durch das Strangpressprofil12 dem zweiten Wellenende14 und dem zweiten zylindrischen Körper15 gebildet wird. Das Kühlmedium wird über den SpaltS' in den KühlkanalK1 geleitet. Das Kühlmedium wird durch das Strangpressprofil12 , welches den KühlkanalK1 ausbildet, in Richtung des ersten Wellenendes13 geleitet. Das erste Wellenende13 weist eine Ausgestaltung auf welche das Kühlmedium von KühlkanalK1 in den KanalA16-I13 erlaubt, welcher weiter zum AblaufA führt. Die Ausgestaltung ist dabei so ausgebildet, dass sich der Innendurchmesser des zweiten zylindrischen Körper15 weitet, bis er den gleichen Außendurchmesser wie der KühlkanalK1 aufweist. KanalA16-I13 ist im Wesentlichen ringförmig und wird durch den Außendurchmesser des ersten zylindrischen Körpers16 und den Innendurchmesser des ersten Wellenendes13 gebildet. Der erste zylindrische Körper16 ist mittels einer PresspassungP2' in ein Ende des AbschnittsAS des Strangpressprofils12 eingepresst. Der erste zylindrische Körper16 erstreckt sich in axialer Richtung durch das erste Wellenende13 und ragt aus diesem heraus. - Bezugszeichenliste
-
- 1, 11
- Welle
- 2, 12
- Strangpressprofil
- 3, 13
- erstes Wellenende
- 4, 14
- zweites Wellenende
- 5, 15
- zweiter zylindrischer Körper
- 6, 16
- erster zylindrischer Körper
- AS
- Abschnitt
- K, K1, K2
- Kühlkanal
- A6-I3
- Kanal
- A5-I6
- Kanal
- A16-I13
- Kanal
- A15-I16
- Kanal
- B
- Bohrung
- S, S'
- Spalt
- R, R1
- Ausgestaltung
- A
- Ablauf
- Z
- Zulauf
- P1, P1'
- Presspassung
- P2, P2'
- Presspassung
- ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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- Zitierte Patentliteratur
-
- DE 102012203697 A1 [0003]
Claims (10)
- Elektrische Maschine, umfassend einen Stator einen mit dem Stator magnetisch wirkenden Rotor, wobei der Rotor um eine Drehachse drehbar gelagert ist, eine Welle (1, 11) auf welcher der Rotor befestigt ist, wobei die Welle (1, 11) als Hohlwelle ausgebildet ist, dadurch gekennzeichnet, dass die Welle (1, 11) einen Abschnitt aufweist der als Strangpressprofil (2, 12) ausgebildet ist und wobei die Welle (1, 11) ein erstes Wellenende (3, 13) und ein zweites Wellenende (4,14) aufweist, wobei das erste Wellenende (3, 13) und das zweite Wellenende (4, 14) mit dem Strangpressprofil (2, 12) an den jeweils gegenüberliegenden Enden des Strangpressprofils (2, 12) dauerhaft verbunden sind.
- Elektrische Maschine nach
Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass das Strangpressprofil (2, 12) aus Aluminium oder Aluminiumlegierung hergestellt ist. - Elektrische Maschine nach zumindest einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Strangpressprofil (2, 12) zumindest einen Kühlkanal (K, K1) aufweist, durch welchen ein Kühlmedium strömen kann.
- Elektrische Maschine nach zumindest einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das erste Wellenende (3, 13) und das zweite Wellenende (4, 14) aus Stahl hergestellt sind.
- Elektrische Maschine nach zumindest einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das erste Wellenende (3, 13) und das zweite Wellenende (4, 14) mittels Schweißen, insbesondere mittels Reibschweißen, mit dem Strangpressprofil (2, 12) verbunden sind.
- Elektrische Maschine nach zumindest einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das erste Wellenende (3, 13) und/oder das zweite Wellenende (4, 14) und/oder ein erster zylindrischer Körper (6, 16) und/oder ein zweiter zylindrischer Körper (5, 15) eine Ausgestaltung (R, R1) aufweisen, welche ein Umlenken des Kühlmediums bewirken.
- Elektrische Maschine nach zumindest einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass im ersten Wellenende (3, 13) ein erster zylindrischer Körper (6, 16) angeordnet ist.
- Elektrische Maschine nach zumindest einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass im zweiten Wellenende (4, 14) ein zweiter zylindrischer Körper (5, 15) angeordnet ist.
- Elektrische Maschine nach
Anspruch 7 , dadurch gekennzeichnet, dass der erste zylindrische Körper (6, 16) in das erste Wellenende (3, 13) oder das Strangpressprofil (2, 12) eingepresst ist. - Elektrische Maschine nach
Anspruch 8 , dadurch gekennzeichnet, dass der zweite zylindrische Körper (5, 15) in das zweite Wellenende (5, 15) oder das Strangpressprofil (2, 12) eingepresst ist.
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