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Gebiet der Erfindung
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Die vorliegende Erfindung betrifft eine Kühleinheit zur Kühlung einer elektrischen Maschine, wobei die Kühleinheit einen hohlzylindrischen Kühlmantel und einen an dem Kühlmantel ausgebildeten Kühlkanal aufweist.
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Stand der Technik
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Im Bereich des Kühldesigns von elektrischen Maschinen in Kraftfahrzeugen ist es aufgrund von beispielsweise Bauraumvorgaben oder auch zur Vermeidung von Temperaturgradienten in axialer Richtung und die damit verbundenen unterschiedlichen Wärmedehnungen der Materialien oftmals erforderlich, dass die Kühlmittelanschlüsse, nämlich der Einlass und der Auslass, axial an derselben Position im Gehäuse der elektrischen Maschine angebracht sind. Ist dies der Fall, so muss das Kühlmittel an der axial gegenüberliegenden Seite des Einlasses und des Auslasses umgelenkt werden. Eine solche Kühlmittelumlenkung ist aufgrund üblicher Kühlkanalgeometrien sehr breit, wodurch ein großer Bereich entsteht, der nicht vom Kühlmittel durchströmt wird und somit kaum zur Wärmeabfuhr beiträgt. Hierdurch bildet sich in diesem Bereich ein sogenannter Hotspot.
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Zur Umlenkung des Kühlmittels sind zwei Standardlösungen bekannt. Die erste Lösung ist die Umlenkung an einer zylindrischen Kühlmantelfläche. Diese Lösung benötigt viel Platz und führt dazu, dass ein großer Bereich der Kühlmantelfläche nicht zur Kühlung verwendet werden kann, wodurch ein großer ungekühlter Bereich und somit ein lokaler Hotspot entsteht. Die zweite Lösung ist die Umlenkung an einer Stirnseite eines Kühlmantels. Hierzu muss im Gehäuse der elektrischen Maschine stirnseitig ein Kanal eingebracht werden der den Vor- und Rücklauf miteinander verbindet. Diese Lösung erfordert axialen Bauraum für den Kanal und zudem eine axiale Abdichtung des Kühlsystems.
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Zusammenfassung der Erfindung
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Es ist eine Aufgabe der Erfindung eine Kühleinheit zur Kühlung einer elektrischen Maschine anzugeben, die bei Kühlmittelanschlüssen an derselben axialen Position eine verbesserte Kühlung der elektrischen Maschine gewährleistet.
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Die Lösung der Aufgabe erfolgt durch eine Kühleinheit zur Kühlung einer elektrischen Maschine, wobei die Kühleinheit einen hohlzylindrischen Kühlmantel und einen an dem Kühlmantel ausgebildeten Kühlkanal aufweist, wobei der Kühlkanal in Form einer Doppelhelix, nämlich aus zwei umeinander laufenden, benachbarten, jedoch strömungstechnisch voneinander getrennten Kühlkanalabschnitten, ausgebildet ist, wobei die Kühleinheit einen Einlass, über den dem Kühlkanal ein Kühlmedium zugeführt wird, sowie einen Auslass, über den das Kühlmedium einer Wärmesenke zugeführt wird, umfasst, wobei der Einlass und der Auslass in Bezug auf eine zentrale Achse der Kühleinheit axial im Wesentlichen an derselben Position angeordnet sind, wobei die Kühlkanalabschnitte über zumindest zwei umfänglich voneinander beabstandete Umlenkungsabschnitte miteinander verbunden sind und jeweils zumindest im Bereich der Umlenkungsabschnitte zumindest eine Rippe aufweisen
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Erfindungsgemäß dient die Kühleinheit der Kühlung einer elektrischen Maschine und umfasst einen Kühlmantel, einen Kühlkanal sowie einen Kühlmitteleinlass, kurz einen Einlass, und einen Kühlmittelauslass, kurz einen Auslass.
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Der Kühlmantel der Kühleinheit ist entsprechend der vorliegenden Erfindung hohlzylindrisch ausgebildet. Der Kühlkanal ist erfindungsgemäß an dem Kühlmantel der Kühleinheit ausgebildet. Erfindungsgemäß ist der Kühlkanal in Form einer Doppelhelix, nämlich aus zwei umeinander laufenden, benachbarten, jedoch strömungstechnisch voneinander getrennten Kühlkanalabschnitten, ausgebildet.
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Einer der beiden Kühlmittelabschnitte ist strömungstechnisch mit dem Einlass, über den dem Kühlkanal ein Kühlmittel zugeführt wird, verbunden und bildet so einen Kühlmittelvorlauf aus. Der zweite Kühlmittelabschnitt ist strömungstechnisch mit dem Auslass, über den das Kühlmittel einer Wärmesenke zugeführt wird, verbunden und bildet derart einen Kühlmittelrücklauf aus.
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Entsprechend der vorliegenden Erfindung sind der Einlass und der Auslass in Bezug auf eine zentrale Achse der Kühleinheit axial im Wesentlichen an derselben Position angeordnet.
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Die Begrifflichkeit axial beschreibt eine Richtung entlang oder parallel zu der zentralen Achse der Kühleinheit.
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Die beiden Kühlkanalabschnitte sind über zumindest zwei umfänglich voneinander beabstandete Umlenkungsabschnitte miteinander verbunden und weisen erfindungsgemäß jeweils zumindest im Bereich der Umlenkungsabschnitte zumindest eine Rippe auf. Die zumindest eine Rippe teilt den jeweiligen Kühlkanalabschnitt in zumindest zwei Fluten auf. Die in den Kühlkanalabschnitten ausgebildete Rippe kann im Wesentlichen erst kurz vor dem jeweiligen Umlenkungsabschnitt in dem jeweiligen Kühlkanalabschnitt ausgebildet sein. Durch das Einbringen von zumindest einer Rippe in den Kühlkanal entstehen zumindest zwei Fluten und der Volumenstrom an Kühlmittel teilt sich gleichmäßig auf. Durch diese Unterteilung des Kühlmittelstromes kann die Umlenkung des Kühlmittels an mehreren Positionen am Außenumfang des Kühlmantels der Kühleinheit realisiert werden. Hierdurch lässt sich der nicht von Kühlmittel benetzte Bereich erheblich verkleinern beziehungsweise der zur Wärmeabfuhr verfügbare Anteil der Kühlmantelaußenfläche maximieren, wodurch eine verbesserte Kühlleistung gewährleistet wird. Zusätzlich vergrößert die zumindest eine Rippe die Oberfläche der Kühleinheit und verbessert auch so die Kühlleistung der Kühleinheit.
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Weiterbildungen der Erfindung sind in den abhängigen Ansprüchen, der Beschreibung sowie den beigefügten Zeichnungen angegeben.
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In einer bevorzugten Ausführungsvariante der vorliegenden Erfindung weisen die beiden Kühlkanalabschnitte jeweils drei Rippen auf und sind über vier umfänglich voneinander beabstandete Umlenkungsabschnitte miteinander verbunden.
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Figurenliste
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Die Erfindung wird im Folgenden beispielhaft unter Bezugnahme auf die Zeichnungen beschrieben.
- 1 zeigt eine perspektivische Ansicht einer beispielhaften Kühleinheit.
- 2 zeigt eine weitere Ansicht der beispielhaften Kühleinheit gemäß 1.
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Detaillierte Beschreibung der Erfindung
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Die in 1 und 2 dargestellte Kühleinheit 1 umfasst einen Kühlmantel 2, einen Kühlkanal 3 sowie einen Kühlmitteleinlass 4, nämlich einen Einlass 4, und einen Kühlmittelauslass 5, nämlich einen Auslass 5.
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Der Kühlmantel 2 der Kühleinheit 1 ist hohlzylindrisch ausgebildet. Der Kühlkanal 3 ist an dem Kühlmantel 2 der Kühleinheit 1, nämlich an dem Außenumfang des Kühlmantels 2 der Kühleinheit 1, ausgebildet. Der Kühlkanal 3 ist somit in Bezug auf eine zentrale Achse 6 der Kühleinheit 1 an der radial äußeren Fläche 9 des Kühlmantels 2 ausgebildet.
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Die Begrifflichkeit radial beschreibt eine Richtung normal auf die zentrale Achse 6 der Kühleinheit 1.
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Der Kühlkanal 3 ist in Form einer Doppelhelix, nämlich aus zwei umeinander laufenden, benachbarten, jedoch strömungstechnisch voneinander getrennten Kühlkanalabschnitten 10, 11, nämlich einem ersten Kühlkanalabschnitt 10 und einem zweiten Kühlkanalabschnitt 11, ausgebildet.
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Der erste Kühlkanalabschnitt 10 des als Doppelhelix ausgeführten Kühlkanals 3 dient als Kühlmittelzulauf oder Vorlauf. Der erste Kühlkanalabschnitt 10 ist somit strömungstechnisch mit dem Einlass 4, über den dem Kühlkanal 3 ein Kühlmittel zugeführt wird, verbunden.
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Der zweite Kühlkanalabschnitt 11 des als Doppelhelix ausgebildeten Kühlkanals 3 dient als Kühlmittelablauf oder Rücklauf. Der zweite Kühlmittelabschnitt 11 des Kühlkanals 3 ist strömungstechnisch mit dem Auslass 5, über den das Kühlmittel einer Wärmesenke zugeführt wird, verbunden.
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Der Einlass 4 und der Auslass 5 der Kühleinheit 1 sind in Bezug auf die zentrale Achse 6 der Kühleinheit 1 axial im Wesentlichen an derselben Position angeordnet.
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Die Begrifflichkeit axial beschreibt eine Richtung entlang oder parallel zu der zentralen Achse 6 der Kühleinheit 1.
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Die beiden Kühlkanalabschnitte 10, 11 weisen jeweils drei Rippen 7 auf, wodurch pro Kühlkanalabschnitt 10, 11 vier Fluten ausgebildet werden. Der über den Einlass 4 zugeführte Kühlmittelstrom teilt sich annähernd gleichmäßig auf die vier Fluten auf. Die beiden Kühlkanalabschnitte 10,11 und sind über vier umfänglich voneinander beabstandete Umlenkungsabschnitte 8 miteinander verbunden - die Umlenkung des Kühlmittels erfolgt somit an vier Positionen entlang des Außenumfangs des Kühlmantels 1. Die Umlenkungsabschnitte 8 sind in axialer Richtung an dem von einem anschlussseitigen Ende 12 der Kühleinheit 1, d.h. dem Ende der Kühleinheit an dem der Einlass 4 und der Auslass 5 ausgebildet sind, abgewandten Ende 13 der Kühleinheit 1 ausgebildet. An dem vom anschlussseitigen Ende 12 der Kühleinheit 1 abgewandten Ende 13 der Kühleinheit sind die beiden Kühlkanalabschnitte 10, 11 des als Doppelhelix ausgebildeten Kühlkanals 3 somit über die vier Umlenkungsabschnitte 8 miteinander verbunden. Bei dem in 1 und 2 dargestellten Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Kühleinheit 1 sind die Umlenkungsabschnitte 8 am Außenumfang des Kühlmantels 2 so angeordnet, dass eine Herstellung der Kühleinheit 1 mittels zwei Formhälften aus Aluminiumdruckguss möglich ist.
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Der erste Kühlkanalabschnitt 10 bildet einen Vorlauf, mit dem das Kühlmittel an das vom anschlussseitigen Ende 12 abgewandte Ende 13 der Kühleinheit 1 geführt wird. Der erste Kühlkanalabschnitt 10 ist über vier Umlenkungsabschnitte 8 mit dem zweiten Kühlkanalabschnitt 11 verbunden. Durch den zweiten Kühlkanalabschnitt 11 wird das erwärmte Kühlmittel dem Auslass 5 zugeführt. Der zweite Kühlkanalabschnitt 11 bildet somit einen Rücklauf, mit dem das Kühlmittel vom abgewandten Ende 13 zum anschlussseitigen Ende 12 der Kühleinheit 1 geführt wird. Über den Auslass 5 wird das erwärmte Kühlmittel einer Wärmesenke zugeführt.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Kühleinheit
- 2
- Kühlmantel
- 3
- Kühlkanal
- 4
- Einlass
- 5
- Auslass
- 6
- Zentrale Achse
- 7
- Rippe
- 8
- Umlenkungsabschnitt
- 9
- Radial äußere Fläche des Kühlmantels
- 10
- Erster Kühlkanalabschnitt
- 11
- Zweiter Kühlkanalabschnitt
- 12
- Anschlussseitiges Ende (der Kühleinheit)
- 13
- Abgewandtes Ende (der Kühleinheit)
