DE102018204691A1

DE102018204691A1 - Fluidverteiler zur Fluidkühlung einer Hohlwelle

Info

Publication number: DE102018204691A1
Application number: DE102018204691.3A
Authority: DE
Inventors: Viktor Nuss; Angela Ries; Detlef Folwerk; Sven Beume
Original assignee: Volkswagen AG
Current assignee: Volkswagen AG
Priority date: 2018-03-27
Filing date: 2018-03-27
Publication date: 2019-10-02
Also published as: CN110311506A

Abstract

Die Erfindung betrifft einen Fluidverteiler (1) zur Fluidkühlung einer Hohlwelle (10) sowie eine damit ausgestattete Hohlwelle (10), insbesondere eine Rotorwelle (10) für eine Elektromaschine (100), und eine damit ausgestattete Elektromaschine (100). Auf einfache und damit montagefreundliche Weise kann der Fluidverteiler (1) dadurch montiert werden, dass der Fluidverteiler (1) einen rohrförmigen Grundkörper (2) mit einem offenen Endabschnitt (3), einem geschlossenen Endabschnitt (4) und einem dazwischen ausgebildeten Zwischenabschnitt (5) aufweist, wobei der offene Endabschnitt (3) zur Befestigung des Fluidverteilers (1) an einem Fluideinlass (12) zum Einlassen von Fluid in die Hohlwelle (10) und der geschlossene Endabschnitt (4) zur Befestigung des Fluidverteilers (1) an der Hohlwelle (10) ausgelegt ist und wobei in dem Zwischenabschnitt (5) mindestens eine Fluiddurchlassöffnung (6;6a,6b) ausgebildet ist.

Description

Die Erfindung betrifft einen Fluidverteiler zur Fluidkühlung einer Hohlwelle gemäß den Merkmalen des Oberbegriffes des Patentanspruches 1 sowie eine damit ausgestattete Hohlwelle, insbesondere eine Rotorwelle für eine Elektromaschine, mit den Merkmalen des Oberbegriffes des Patentanspruches 12 sowie eine damit ausgestattete Elektromaschine, insbesondere für ein Fahrzeug, mit den Merkmalen des Oberbegriffes des Patentanspruches 15.
Es ist bekannt Hohlwellen, wie Rotorwellen von Elektromaschinen, durch Durchströmen des Hohlwelleninnenraums mit einem Fluid, beispielsweise Öl, zu kühlen und/oder zu schmieren.
Aus der DE 10 2014 107 845 A1 ist ein Fluidverteiler zur Fluidkühlung einer Hohlwelle eines Rotors einer Elektromaschine bekannt. Dabei weist die Hohlwelle einen, axial in einen Hohlwelleninnenraum der Hohlwelle mündenden Fluideinlass zum Einleiten eines Fluids in den Hohlwelleninnenraum und Fluidauslässe in Form von radialen Durchgangsöffnungen in der Hohlwelle zum Ableiten des Fluids aus dem Hohlwelleninnenraum auf. Der Fluidverteiler ist dabei in dem Hohlwelleninnenraum angeordnet und weist einen trichterförmigen Grundkörper mit einem offenen Endabschnitten mit einem geringen Durchmesser und einem offenen Endabschnitt mit einem großen Durchmesser auf. Dabei ist der offene Endabschnitte mit dem geringen Durchmesser an dem Fluideinlass befestigt. Der offene Endabschnitt mit dem großen Durchmesser ist dabei innerhalb des Hohlwelleninnenraums angeordnet und mündet in diesen. Das Fluid ist dabei durch den Fluideinlass und durch den offenen Endabschnitt mit dem geringen Durchmesser in den Innenraum des trichterförmigen Grundkörpers und durch den offenen Endabschnitt mit dem großen Durchmesser in einen den Fluidverteiler umgebenden Bereich des Hohlwelleninnenraums einleitbar und durch die Fluidauslässe in der Hohlwelle aus diesem wieder ausleitbar.
Aus der EP 0 430 854 B1 ist ein Ölverteiler zur Schmierung der Lager einer Hohlwelle bekannt, welcher einen rohrförmigen Grundkörper mit zwei offenen Endabschnitten aufweist.
Aus der DE 2 407 415 ist ein Zapfenlager für eine Schiffsschraubenwelle bekannt, dessen Lagerschalen durch Keilleisten in Lage gehalten sind. Die Keilleisten weisen dabei radiale Durchgangsöffnungen zur Zufuhr von Öl zur Schiffschraubenwelle auf.
Die im Stand der Technik bekannten Fluidverteiler sind jedoch noch nicht optimal ausgebildet. So können aus dem Stand der Technik bekannte Fluidverteiler meistens nur schwierig und oftmals nur unter Zuhilfenahme einer Montierhilfe positioniert und/oder montiert werden. Zudem kann bei aus dem Stand der Technik bekannten Fluidverteilern die Lagesicherung, insbesondere bei hohen Drehzahlen der Hohlwelle, technisch anspruchsvoll sein. Zudem kann durch aus dem Stand der Technik bekannte Fluidverteiler in der Regel kaum eine gezielte, lokal geführte Fluidkühlung sichergestellt werden.
Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zu Grunde, den eingangs genannten Fluidverteiler, derart auszugestalten und weiterzubilden, dass dieser auf einfache und damit montagefreundliche Weise in einer Hohlwelle, beispielsweise einer Rotorwelle einer Elektromaschine, montierbar ist und insbesondere auch eine drehzahlfeste Positionierung und/oder eine gezielte, lokal geführte Fluidkühlung ermöglicht.
Die der Erfindung zugrunde liegende Aufgabe wird für den Fluidverteiler mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 und für die Hohlwelle mit den Merkmalen des Patentanspruchs 12 und für die Elektromaschine mit den Merkmalen des Patentanspruchs 15 gelöst.
Dabei ist der Fluidverteiler insbesondere zur Fluidkühlung einer Hohlwelle und/oder mindestens eines Lagers zur Lagerung der Hohlwelle ausgelegt. Beispielsweise kann der Fluidverteiler zur Fluidkühlung einer Rotorwelle einer Elektromaschine und/oder mindestens eines Lagers zur Lagerung einer Rotorwelle einer Elektromaschine ausgelegt sein.
Der Fluidverteiler weist insbesondere einen rohrförmigen Grundkörper auf. Dabei weist der rohrförmige Grundkörper einen offenen Endabschnitt, einen geschlossenen Endabschnitt und einen dazwischen ausgebildeten Zwischenabschnitt auf. Dabei ist der offene Endabschnitt insbesondere zur Befestigung des Fluidverteilers an einem Fluideinlass zum Einlassen von Fluid in die Hohlwelle ausgelegt. Der geschlossene Endabschnitt ist dabei insbesondere zur Befestigung des Fluidverteilers an der Hohlwelle ausgelegt. In dem Zwischenabschnitt ist dabei insbesondere mindestens eine Fluiddurchlassöffnung insbesondere in Form einer radialen Durchlassöffnung ausgebildet.
Ein derartig ausgestalteter Fluidverteiler kann auf einfache und damit montagefreundliche Weise, beispielsweise ohne Zuhilfenahme einer Montierhilfe, in einer Hohlwelle montiert werden, welche mit einem Fluideinlass zum Einleiten eines Fluids in einen Hohlwelleninnenraum der Hohlwelle und mit mindestens einem Fluidauslass zum Ableiten des Fluids aus dem Hohlwelleninnenraum ausgestattet ist.
Daher betrifft die Erfindung auch eine Hohlwelle, insbesondere eine Rotorwelle für eine Elektromaschine, mit Fluidkühlung, welche einen Fluideinlass zum Einleiten eines Fluids in einen Hohlwelleninnenraum der Hohlwelle und mindestens einen Fluidauslass zum Ableiten des Fluids aus dem Hohlwelleninnenraum umfasst und in deren Hohlwelleninnenraum ein derartiger Fluidverteiler angeordnet ist. Der Fluideinlass kann dabei insbesondere axial, insbesondere bezogen auf die Rotationsachse der Hohlwelle, in den Hohlwelleninnenraum münden. Der mindestens eine Fluidauslass kann dabei insbesondere als Durchgangsöffnung mit einer im Wesentlichen radialen, beispielsweise radialen, Erstreckung in der Hohlwelle ausgebildet sein. Dabei kann unter einer im Wesentlichen radialen Erstreckung auch eine schräge Erstreckung verstanden werden, welche sich im Wesentlichen in Richtung des Radius, bezogen auf die Rotationsachse der Hohlwelle, erstreckt. Der offene Endabschnitt des rohrförmigen Grundkörpers des Fluidverteilers kann dabei insbesondere an dem Fluideinlass befestigbar oder befestigt sein. Der geschlossene Endabschnitt des rohrförmigen Grundkörpers des Fluidverteilers kann dabei insbesondere an, vorzugsweise in, der Hohlwelle befestigbar oder befestigt sein. Das Fluid kann dabei insbesondere durch den Fluideinlass in den Innenraum des rohrförmigen Grundkörpers des Fluidverteilers und durch die mindestens eine Fluiddurchlassöffnung des Zwischenabschnitts des rohrförmigen Grundkörpers des Fluidverteilers in einen den Fluidverteiler umgebenden Bereich des Hohlwelleninnenraums einleitbar und aus dem den Fluidverteiler umgebenenden Bereich des Hohlwelleninnenraums durch den mindestens eine Fluidauslass der Hohlwelle ausleitbar sein. Das Fluid kann insbesondere ein Kühlmittel, zum Beispiel Öl, sein. Der Fluidverteiler kann daher insbesondere ein Kühlmittelverteiler, zum Beispiel ein Ölverteiler, beziehungsweise die Fluidkühlung eine Ölkühlung sein.
Darüber hinaus betrifft die Erfindung eine, insbesondere für ein Fahrzeug, beispielsweise für ein Hybrid- oder Elektrofahrzeug, welche einen Rotor und einen Stator aufweist, wobei der Rotor auf einer Rotorwelle in Form einer Hohlwelle drehbar gelagert ist, wobei die Rotorwelle eine derartige Hohlwelle ist.
Durch einen derartigen Fluidverteiler beziehungsweise eine derartige Hohlwelle kann eine gezielte, lokal geführte Fluidkühlung realisiert werden. Beispielsweise kann durch die Position, Ausgestaltung und Anzahl der mindestens einen Fluiddurchlassöffnung der Fluidstrom gezielt lokal geführt werden. So kann die Kühlung optimiert werden. Dies kann insbesondere bei Rotorwellen von Elektromaschinen, insbesondere mit hohen Leistungsdichten und/oder einer kompakten und/oder massiven Bauweise, von besonderem Interesse sein, da bei deren Betrieb nicht nur Wärme durch die Wellenlagerung, sondern auch durch den Betrieb der Elektromaschine selbst erzeugt wird, welche abgeführt werden sollte, um einen verlustfreien Betrieb der Elektromaschine sicherzustellen.
Eine Verbindung zwischen einem axialen Fluideinlass und einem daran über den offenen Endabschnitt des rohrförmigen Grundkörpers befestigten Fluidverteiler kann aufgrund der rohrförmigen Ausgestaltung des rohrförmigen Grundkörpers des Fluidverteilers und der axialen Positionierung an dem axialen Fluideinlass eine hohe Drehzahlfestigkeit aufweisen. Dies kann insbesondere bei Hohlwellen mit hohen Drehzahlen, wie Rotorwellen von Elektromaschinen, von besonderem Interesse sein.
In einer Ausgestaltung ist der offene Endabschnitt zur Befestigung des Fluidverteilers an dem Fluideinlass mittels einer Schnappverbindung ausgelegt beziehungsweise an dem Fluideinlass mittels einer Schnappverbindung befestigbar oder befestigt. Beispielsweise kann der offene Endabschnitt zur Befestigung des Fluidverteilers an dem Fluideinlass mittels einer Ringschnappverbindung oder einer Schnapphakenverbindung ausgelegt sein beziehungsweise an dem Fluideinlass mittels einer Ringschnappverbindung oder einer Schnapphakenverbindung befestigbar oder befestigt sein. So kann der Fluidverteiler auf einfache und montagefreundliche Weise an dem Fluideinlass befestigt werden.
In einer weiteren Ausgestaltung ist der geschlossene Endabschnitt zur Befestigung des Fluidverteilers mittels einer Passverbindung in der Hohlwelle ausgelegt beziehungsweise mittels einer Passverbindung in der Hohlwelle befestigbar oder befestigt. So kann der Fluidverteiler auf einfache und montagefreundliche Weise in der Hohlwelle befestigt werden.
In einer weiteren Ausgestaltung ist der geschlossene Endabschnitt zum Abschluss und zur Abdichtung einer axialen Hohlwellenöffnung der Hohlwelle ausgelegt beziehungsweise schließt eine axiale Hohlwellenöffnung der Hohlwelle ab. Dabei kann der geschlossene Endabschnitt insbesondere einen, eine axiale Seite des rohrförmigen Grundkörpers abschließenden Abschlussabschnitt aufweisen. So kann der Fluidverteiler zusätzlich auch eine Stopfenfunktion aufweisen. Ein zusätzliches Bauteil zum Abschluss und zur Abdichtung der axialen Hohlwellenöffnung, zum Beispiel ein zusätzlicher Butzen, und dessen Anordnung ist nicht mehr notwendig. So kann die Herstellung und Montage der Hohlwelle weiter verbessert werden.
In einer weiteren Ausgestaltung ist der geschlossene Endabschnitt mit mindestens einer Dichtung zur Abdichtung zwischen dem geschlossenen Endabschnitt und der Hohlwelle, insbesondere einer inneren Mantelfläche der Hohlwelle, ausgestattet. So kann insbesondere eine Passverbindung zwischen dem geschlossenen Endabschnitt und der Hohlwelle abgedichtet werden.
Der rohrförmige Grundkörper beziehungsweise der Fluidverteiler kann insbesondere rotationssymmetrisch ausgebildet und/oder rotationssymmetrisch, insbesondere bezogen auf die Rotationsachse der Hohlwelle, im Hohlwelleninnenraum angeordnet sein. So kann eine besonders hohe Drehzahlfestigkeit erzielt werden.
In einer weiteren Ausgestaltung ist der rohrförmige Grundkörper im Wesentlichen konisch ausgestaltet. Insbesondere kann sich der rohrförmige Grundkörper dabei vom geschlossenen Endabschnitt zum offenen Endabschnitt verjüngen. So kann eine verbesserte Fluidförderung erzielt werden.
Die mindestens eine Fluiddurchlassöffnung kann insbesondere eine Durchlassöffnung mit einer im Wesentlichen radialen, insbesondere radialen, Erstreckung sein.
Die mindestens eine Fluiddurchlassöffnung kann insbesondere benachbart zu dem geschlossenen Endabschnitt ausgebildet sein. So kann ein möglichst langer Fluidweg und damit eine verbesserte Kühlung erzielt werden.
Die mindestens eine Fluiddurchlassöffnung kann beispielsweise mit einem kreisförmigen Querschnitt und/oder mit einem ovaloiden Querschnitt, zum Beispiel als Langloch, und/oder mit einer anderen Querschnittsform ausgestaltet sein. Durch die Ausgestaltung der mindestens einen Fluiddurchlassöffnung kann die Fluidkühlung gezielt lokal geführt werden.
Insbesondere können in dem Zwischenabschnitt mehrere Fluiddurchlassöffnungen ausgebildet sein. So kann die Fluidkühlung noch besser gezielt lokal geführt werden.
In einer weiteren Ausgestaltung ist in dem Zwischenabschnitt mindestens eine Serie aus zwei oder mehr umfänglich verteilten Fluiddurchlassöffnungen ausgebildet. Beispielsweise können in dem Zwischenabschnitt mindestens zwei Serien aus zwei oder mehr umfänglich verteilten Fluiddurchlassöffnungen ausgebildet sind. So kann eine verbesserte gezielte lokale Führung der Fluidkühlung erzielt werden. Die mindestens eine Fluiddurchlassöffnungsserie, beispielsweise die mindestens zwei Fluiddurchlassöffnungsserien, können insbesondere benachbart zu dem geschlossenen Endabschnitt ausgebildet sein. Die Fluiddurchlassöffnungen unterschiedlicher Fluiddurchlassöffnungsserien können beispielsweise sowohl gleich als auch unterschiedlich zueinander ausgeführt sein.
Bei der Ausgestaltung der Fluiddurchlassöffnungen kann eine große Geometrievielfalt realisiert werden. Dabei kann die Fluidleitung und/oder Fluidförderung durch die Anzahl, die Anordnung, die Ausbildung, beispielsweise die Querschnittsform, und/oder die Größe der Fluiddurchlassöffnung gezielt auf den jeweiligen Einsatzbereich und die Art der Hohlwelle abgestimmt werden.
In einer weiteren Ausgestaltung sind auf der Außenfläche des Zwischenabschnitts Flügelelemente zur Fluidleitung, insbesondere durch den Hohlwelleninnenraum, und/oder zur Fluidförderung, insbesondere durch den Hohlwelleninnenraum, und/oder zur Positionierung, insbesondere Zentrierung, des Fluidverteilers in der Hohlwelle ausgebildet. So kann die Fluidkühlung noch besser gezielt lokal geführt und/oder die Fluidförderung weiter verbessert und/oder die Montage des Fluidverteilers in der Hohlwelle weiter vereinfacht, Montagefehler verringert und eine hohe Positionstreue erzielt werden.
Zur Fluidförderung kann die Geometrie der Flügelelemente insbesondere strömungsgerecht ausgelegt sein. Zum Beispiel kann dabei zumindest ein Teil der Flügelelemente turbinenartig beziehungsweise propellerartig ausgestaltet sein.
Zur Positionierung, insbesondere Zentrierung, des Fluidverteilers in der Hohlwelle können sich die Flügelelemente des Fluidverteilers insbesondere gegen die innere Mantelfläche der Hohlwelle abstützen und den Fluidverteiler in der Hohlwelle positionieren, insbesondere zentrieren.
Insbesondere können die Flügelelemente zur Positionierung, insbesondere Zentrierung, des Fluidverteilers in der Hohlwelle aufspannend oder aufspannbar beziehungsweise aufklappend oder aufklappbar ausgestaltet sein. Dies kann beispielsweise dadurch realisiert werden, dass die Flügelelemente derart ausgestaltet werden, dass diese verformbar, insbesondere elastisch, ausgestaltet sind und im unmontierten Zustand einen Außendurchmesser aufweisen, welcher größer als der Innendurchmesser der Hohlwelle ist. Bei der Montage werden die Flügelelemente dann gegen die innere Mantelfläche der Hohlwelle gepresst, wobei sich die Flügelelemente verformen und den rohrförmigen Grundkörper beziehungsweise den Fluidverteiler in der Hohlwelle positionieren und insbesondere zentrieren können. Zum Beispiel können dabei die Flügelelemente derart ausgestaltet sein, dass sich diese ausgehend von der Außenfläche des Zwischenabschnitts des rohrförmigen Grundkörpers schräg zur inneren Mantelfläche der Hohlwelle und/oder zur Außenfläche des Zwischenabschnitts des rohrförmigen Grundkörpers erstrecken. Dabei können sich die Flügelelemente insbesondere vom offenen Endabschnitt zum geschlossenen Endabschnitt hin schräg auswärts erstrecken. Beim Einschieben des offenen Endabschnitts in die Hohlwelle können derartig ausgestaltete Flügelelemente gegen die innere Mantelfläche der Hohlwelle gepresst werden und sich auf dem rohrförmigen Grundkörper verbiegen, insbesondere ohne der einschiebenden Kraft maßgeblich entgegen zu wirken.
Die Flügelelemente können beispielsweise eine im Wesentlichen durchgängige Materialstärke aufweisen. Es ist jedoch beispielsweise ebenso möglich, die Flügelelemente sich radial auswärts verjüngen und/oder mit einer radial auswärts abnehmenden Materialstarke auszubilden.
Die Flügelelemente können beispielsweise gerade ausgestaltet sein. Es ist jedoch beispielsweise ebenso möglich, die Flügelelemente gebogen, beispielsweise turbinenartig beziehungsweise propellerartig, auszugestalten.
Bei der Ausgestaltung der Flügelelemente kann eine große Geometrievielfalt realisiert werden. Dabei kann die Fluidleitung und/oder Fluidförderung und/oder Positionierung, insbesondere Zentrierung, durch die Anzahl, die Anordnung, die Länge, die Geometrie und/oder den Aufstellwinkel der Flügelelemente gezielt auf den jeweiligen Einsatzbereich und die Art der Hohlwelle abgestimmt werden.
In einer weiteren Ausgestaltung ist auf der Außenfläche des Zwischenabschnitts mindestens eine Serie aus zwei oder mehr, umfänglich verteilten Flügelelementen und/oder mindestens eine Reihe aus zwei oder mehr, axial verteilten Flügelelementen ausgebildet. Insbesondere können auf der Außenfläche des Zwischenabschnitts zwei oder mehr, zum Beispiel drei oder vier oder fünf Serien, aus zwei oder mehr, umfänglich verteilten Flügelelementen und/oder zwei oder mehr Reihen aus zwei oder mehr, axial verteilten Flügelelementen ausgebildet sein. So kann die Fluidleitung und/oder Fluidförderung und/oder Positionierung, insbesondere Zentrierung, durch die Flügelelemente optimiert werden.
In einer weiteren Ausgestaltung ist der Fluidverteiler aus Kunststoff ausgebildet. So kann der Fluidverteiler auf einfache und kostengünstige Weise hergestellt werden.
In einer weiteren Ausgestaltung ist der offene Endabschnitt und/oder der Zwischenabschnitt und/oder der geschlossene Endabschnitt mit Stabilisierungsrippen versehen. So kann die mechanische Stabilität des Fluidverteilers optimiert werden. Eine Ausgestaltung des Fluidverteilers mit Stabilisierungsrippen kann insbesondere bei einer Ausgestaltung des Fluidverteilers aus Kunststoff vorteilhaft und einfach realisierbar sein.
Zum Beispiel können an der Außenfläche des offenen Endabschnitts und/oder des Zwischenabschnitts Stabilisierungsrippen ausgebildet sein, welche umfänglich verteilt angeordnet sind und sich in axialer Richtung des röhrförmigen Grundkörpers erstrecken.
Zum Beispiel kann die Außenfläche des Abschussabschnitts mit Stabilisierungsrippen, beispielsweise in Form eines Kreuzes, ausgestattet sein.
Die eingangs genannten Nachteile sind daher vermieden und entsprechende Vorteile sind erzielt.
Es gibt nun eine Vielzahl von Möglichkeiten, den erfindungsgemäßen Fluidverteiler, die erfindungsgemäße Hohlwelle und die erfindungsgemäße Elektromaschine in vorteilhafter Art und Weise auszugestalten und weiterzubilden. Hierfür darf zunächst auf die den Patentansprüchen 1 und 12 nachgeordneten Patentansprüche bzw. auf den Patentanspruch 15 verwiesen werden. Im Folgenden werden einige bevorzugte Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Fluidverteilers, der erfindungsgemäßen Hohlwelle und der erfindungsgemäßen Elektromaschine anhand der Zeichnung und der dazugehörigen Beschreibung näher erläutert. In der Zeichnung zeigt:

1 in einem schematischen Querschnittsausschnitt eine Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Elektromaschine mit einer Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Hohlwelle als Rotorwelle und mit einer Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Fluidverteilers mit einem rohrförmigen Grundkörper mit einem offenen Endabschnitt, einem geschlossenen Endabschnitt und einem dazwischen liegenden Zwischenabschnitt mit einer Serie aus umfänglich verteilten Fluiddurchlassöffnungen;
2 in einem vergrößerten, schematischen Querschnittsausschnitt die in 1 gezeigte Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Hohlwelle und eines erfindungsgemäßen Fluidverteilers;
3 in einem weiter vergrößerten, schematischen Querschnittsausschnitt den offenen Endabschnitt der in 1 gezeigten Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Fluidverteilers;
4 in einem weiter vergrößerten, schematischen Ausschnitt den geschlossenen Endabschnitt der in 1 gezeigten Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Fluidverteilers;
5 in einem schematischen Querschnittsausschnitt eine Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Elektromaschine mit einer Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Hohlwelle als Rotorwelle und mit einer Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Fluidverteilers mit einem rohrförmigen Grundkörper mit einem offenen Endabschnitt, einem geschlossenen Endabschnitt und einem dazwischen liegenden Zwischenabschnitt mit zwei Serien aus umfänglich verteilten Fluiddurchlassöffnungen und mit Flügelelementen;
6-9 in schematischen, teils perspektivischen Ansichten die in 5 gezeigte Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Fluidverteilers;
10-14 in schematischen Schnittansichten weitere Ausführungsformen eines erfindungsgemäßen Fluidverteilers mit unterschiedlichen Flügelelementen und/oder Fluiddurchlassöffnungen;
15-17 in schematischen, teils perspektivischen Ansichten eine weitere Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Fluidverteilers mit einem mit Stabilisierungsrippen ausgestatteten offenen Endabschnitt und Zwischenabschnitt; und
18-23 in schematischen, teils perspektivischen Ansichten weitere Ausführungsformen eines erfindungsgemäßen Fluidverteilers mit unterschiedlich ausgestaltetem geschlossen Endabschnitt ohne/mit Dichtung und/oder ohne/mit Stabilisierungsri ppen.

Die 1 bis 23 zeigen unterschiedliche Ausführungsformen eines erfindungsgemäßen Fluidverteilers 1, beispielsweise eines Ölverteilers, zur Fluidkühlung.
Die 1 und 5 veranschaulichen, dass derartig ausgestaltete Fluidverteiler 1 insbesondere zur Fluidkühlung einer Hohlwelle 10 und/oder von Hohlwellenlagern 11,11' und insbesondere zur Fluidkühlung einer Rotorwelle 10 einer Elektromaschine 100 und/oder von Rotorwellenlagern 11,11' eingesetzt werden können.
Die 1 und 5 zeigen unterschiedliche Ausführungsformen einer Elektromaschine 100, insbesondere für ein Fahrzeug, welche einen Rotor 101 mit einem Blechpakete 101' und einen Stator 102 umfasst. Dabei sind die Blechpakete 101' des Rotors 101, beispielsweise durch Aufschrumpfen, an einer Rotorwelle in Form einer Hohlwelle 10 befestigt, welche beidseitig durch zwei Rotorwellenlagern 11,11' drehbar gelagert ist. Die Hohlwelle 10 ist dabei mit einer Fluidkühlung ausgestattet. Dabei ist die Hohlwelle 10 mit einem Fluideinlass 12, beispielsweise mit einem Ölleitteil, zum Einleiten eines Fluids F in einen Hohlwelleninnenraum H der Hohlwelle 10 ausgestattet, welcher axial in Richtung der Rotationsachse R der Hohlwelle 10 in den Hohlwelleninnenraum H mündet. In der Hohlwelle 10 sind dabei Fluidauslässe 13 zum Ableiten des Fluids F aus dem Hohlwelleninnenraum H ausgebildet, welche (13) als Durchgangsöffnungen mit einer im Wesentlichen radialen Erstreckung in der Hohlwelle 10 ausgebildet sind. Die 1 und 5 veranschaulichen, dass die als Fluidauslässe 13 dienenden Durchgangsöffnungen eine schräge Erstreckung aufweisen, welche sich im Wesentlichen in Richtung des Radius, bezogen auf die Rotationsachse R der Hohlwelle 10, erstrecken.
Im Rahmen der 1 und 5 sind in dem Hohlwelleninnenraum H unterschiedliche Ausführungsformen eines erfindungsgemäßen Fluidverteilers 1 angeordnet. Dabei zeigen die 2 bis 4 schematische Ansichten der in 1 gezeigten Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Fluidverteilers 1 und die 6 bis 9 schematische Ansichten der in 5 gezeigte Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Fluidverteilers 1.
Die 1 bis 4 und 5 bis 9 zeigen, dass der Fluidverteiler 1 einen rohrförmigen Grundkörper 2, zum Beispiel aus Kunststoff, mit einem offenen Endabschnitt 3, mit einem geschlossenen Endabschnitt 4 und mit einem dazwischen ausgebildeten Zwischenabschnitt 5 aufweist. Dabei ist der rohrförmige Grundkörper 2 im Wesentlichen konisch ausgestaltet und verjüngt sich vom geschlossenen Endabschnitt 4 zum offenen Endabschnitt 3 hin. Der offene Endabschnitt 3 ist dabei zur Befestigung des Fluidverteilers 1 an dem Fluideinlass 12 und an diesem (12) durch eine Schnappverbindung 3' befestigt. Der geschlossene Endabschnitt 4 ist dabei zur Befestigung des Fluidverteilers 1 an der Hohlwelle 10 und zum Abschluss und zur Abdichtung einer axialen Hohlwellenöffnung der Hohlwelle 10 ausgelegt. Dabei weist der geschlossene Endabschnitt 4 einen, eine axiale Seite des rohrförmigen Grundkörpers 2 abschließenden Abschlussabschnitt 4' auf und ist mit einer Dichtung 7, beispielsweise in Form von zwei in Dichtungsaufnahmen 7' aufgenommenen Dichtungsringen, ausgestattet. Mittels einer Passverbindung ist der geschlossene Endabschnitt 4 des rohrförmigen Grundkörpers 2 in der Hohlwelle 10 befestigt.
Die 1 bis 4 und 5 bis 9 zeigen, dass in dem Zwischenabschnitt 5 benachbart zum geschlossenen Endabschnitt 4 Fluiddurchlassöffnungen 6 ausgebildet sind.
In der in den 1 bis 4 gezeigten Ausgestaltung sind dabei die Fluiddurchlassöffnungen 6 in Form einer Serie 6a aus vier, umfänglich verteilten Fluiddurchlassöffnungen 6 mit einem kreisförmigen Querschnitt ausgestaltet.
In der in den 5 bis 9 gezeigten Ausgestaltung sind hingegen die Fluiddurchlassöffnungen 6 in Form von zwei Serien 6a,6b aus jeweils vier, umfänglich verteilten Fluiddurchlassöffnungen 6 ausgestaltet. Dabei weisen die Fluiddurchlassöffnungen 6 der unterschiedlichen Fluiddurchlassöffnungsserien 6a,6b unterschiedliche Querschnitte auf. So sind die Fluiddurchlassöffnungen 6 der, dem geschlossenen Endabschnitt 4 nächst gelegenen Fluiddurchlassöffnungsserie 6a jeweils in Form eines Langlochs ausgestaltet, wohingegen die Fluiddurchlassöffnungen 6 der anderen Fluiddurchlassöffnungsserie 6b einen kreisförmigen Querschnitt aufweisen.
In den 1 und 5 ist der Fluidpfad, beispielsweise Ölpfad, durch Pfeile veranschaulicht. Dabei illustrieren die 1 und 5, dass das Fluid F durch den Fluideinlass 12 in den Innenraum I des rohrförmigen Grundkörpers 2 des Fluidverteilers 1 und durch die Fluiddurchlassöffnungen 6 des Zwischenabschnitts 5 des rohrförmigen Grundkörpers 2 des Fluidverteilers 1 in einen den Fluidverteiler 1 umgebenden Bereich des Hohlwelleninnenraums H einleitbar ist und aus dem den Fluidverteiler 1 umgebenden Bereich des Hohlwelleninnenraums H durch die Fluidauslässe 13 in der Hohlwelle 10 ausleitbar ist.
In der in den 5 bis 9 gezeigten Ausgestaltung sind zusätzlich auf der Außenfläche des Zwischenabschnitts 5 des rohrförmigen Grundkörpers 2 des Fluidverteilers 1 Flügelelemente 8 zur Fluidleitung und zur Fluidförderung durch den Hohlwelleninnenraum H sowie zur Positionierung, insbesondere Zentrierung, des Fluidverteilers 1 in der Hohlwelle 10 ausgebildet. Dabei sind die Flügelelemente 8 aufspannend oder aufspannbar beziehungsweise aufklappend oder aufklappbar ausgestaltet und stützen sich die Flügelelemente 8 des Fluidverteilers gegen die innere Mantelfläche der Hohlwelle 10 ab. Auf diese Weise können die Flügelelemente 8 nicht nur als Fluid leitende beziehungsweise führende Kontur, sondern insbesondere auch zur Positionierung und Zentrierung des Fluidverteilers 1 in der Hohlwelle 10 dienen. Dabei sind die Flügelelemente 8 derart ausgestaltet, dass sich diese (8) ausgehend von der Außenfläche des Zwischenabschnitts 5 des rohrförmigen Grundkörpers 1 schräg zur inneren Mantelfläche der Hohlwelle 10 und zur Außenfläche des Zwischenabschnitts 5 des rohrförmigen Grundkörpers 2 erstrecken. Insbesondere erstrecken sich dabei die Flügelelemente 8 vom offenen Endabschnitt 3 zum geschlossenen Endabschnitt 4 hin schräg auswärts. Beim Einschieben des offenen Endabschnitts 2 in die Hohlwelle 10 können die Flügelelemente 8 gegen die innere Mantelfläche der Hohlwelle 10 gepresst und in Richtung auf den rohrförmigen Grundkörper 1 verbogen werden, wobei der Fluidverteiler 1 in der Hohlwelle 10 positioniert und zentriert wurde.
In der in den 5 bis 9 gezeigten Ausgestaltung sind auf der Außenfläche des Zwischenabschnitts 5 fünf Serien aus jeweils vier umfänglich verteilten Flügelelementen 8 beziehungsweise vier Reihen aus jeweils fünf axial verteilten Flügelelementen 8 ausgebildet. Dabei stehen die Flügelelemente 8 in einem Aufstellwinkel von der Außenfläche des Zwischenabschnitts 5 des rohrförmigen Grundkörpers 2 ab und weisen eine im Wesentlichen durchgängige Materialstärke auf.
Die 10 bis 14 veranschaulichen, dass bei der Ausgestaltung der Fluiddurchlassöffnungen 6 und/oder der Flügelelemente 8 eine große Geometrievielfalt realisiert werden kann, durch welche die Fluidleitung und/oder Fluidförderung und/oder Positionierung, insbesondere Zentrierung, beispielsweise die Anzahl, die Anordnung, die Ausgestaltung und die Größe der Fluiddurchlassöffnungen 6 und/oder durch die Anzahl, die Anordnung, die Länge, die Geometrie und/oder den Aufstellwinkel der Flügelelemente 8 gezielt auf den jeweiligen Einsatzbereich und die Art der Hohlwelle abgestimmt werden kann.
In der in 10 gezeigten Ausgestaltung sind auf der Außenfläche des Zwischenabschnitts 5 fünf Serien 8a,8b,8c,8d,8e aus vier umfänglich verteilten Flügelelementen beziehungsweise vier Reihen 8A,8B,8C,8D aus fünf axial verteilten Flügelelementen 8 ausgebildet. Die Fluiddurchlassöffnungen 6 sind dabei - analog zu der in den 5 bis 9 gezeigten Ausgestaltung - in Form von zwei Serien 6a,6b aus jeweils vier, umfänglich verteilten Fluiddurchlassöffnungen 6 mit unterschiedlichen Querschnitten (Langloch/kreisförmig) ausgestaltet.
In den in den 11 und 12 gezeigten Ausgestaltungen sind auf der Außenfläche des Zwischenabschnitts 5 drei Serien 8a,8b,8c aus vier umfänglich verteilten Flügelelementen beziehungsweise vier Reihen 8A,8B,8C,8D aus drei axial verteilten Flügelelementen 8 ausgebildet. Dabei unterscheiden sich die in den 11 und 12 gezeigten Ausgestaltungen durch den Aufstellwinkel der Flügelelemente 8 voneinander. Die Fluiddurchlassöffnungen 6 sind in den in den 11 und 12 gezeigten Ausgestaltungen - analog zu der in den 1 bis 4 gezeigten Ausgestaltung - in Form einer Serie 6a aus vier, umfänglich verteilten Fluiddurchlassöffnungen 6 mit einem kreisförmigen Querschnitt ausgestaltet.
In der in 13 gezeigten Ausgestaltung weisen die Flügelelemente 8 - analog zu den in den 5 bis 12 gezeigten Ausgestaltungen - eine im Wesentlichen durchgängige Materialstärke auf.
In der in 14 gezeigten Ausgestaltung verjüngen sich die Flügelelemente 8 hingegen radial auswärts, wobei deren Materialstärke nach radial auswärts abnimmt.
Die 15 bis 17 zeigen, dass in einer weiteren Ausgestaltung der offene Endabschnitt 3 und der Zwischenabschnitt 5 mit Stabilisierungsrippen 9 ausgestattet ist. Dabei sind die Stabilisierungsrippen 9 an der Außenfläche des offenen Endabschnitts 3 und des Zwischenabschnitts 5 umfänglich verteilt angeordnet und sich in axialer Richtung des röhrförmigen Grundkörpers 1 erstreckend ausgebildet.
In der in 18 gezeigten Ausgestaltung ist der geschlossene Endabschnitt 3 dichtungsfrei ausgestaltet. Gegebenenfalls kann in Abhängigkeit von dem zur Ausbildung des rohrförmigen Grundkörpers 2 verwendeten Materials keine Dichtung notwendig sein.
In der in 19 gezeigten Ausgestaltung ist der geschlossene Endabschnitt 3 hingegen mit einer Dichtung 7, ausgestattet.
In der in den 20 und 21 gezeigten Ausgestaltung ist der geschlossene Endabschnitt 3 mit einer Dichtung 7, ausgestattet, wobei auf der Außenfläche des Abschlussabschnitts 4' Stabilisierungsrippen 9', insbesondere in Form eines Kreuzes, ausgebildet sind.
In der in den 22 und 23 gezeigten Ausgestaltung ist der geschlossene Endabschnitt 3 mit einer Dichtung 7, ausgestattet, wobei die Außenfläche des Abschlussabschnitts 4' stabilisierungsrippenfrei ausgebildet ist.
Bezugszeichenliste

1: Fluidverteiler
2: rohrförmiger Grundkörper
3: offener Endabschnitt des rohrförmigen Grundkörpers
3': Schnappverbindung des offenen Endabschnitts
4: geschlossener Endabschnitt des rohrförmigen Grundkörpers
4': Abschlussabschnitt des geschlossenen Endabschnitts
5: Zwischenabschnitt des rohrförmigen Grundkörpers
6: Fluiddurchlassöffnung
6a,6b: Serie aus umfänglich verteilten Fluiddurchlassöffnungen
7: Dichtung
7': Dichtungsaufnahme
8: Flügelelement
8a-8e: Serie aus umfänglich verteilten Flügelelementen
8A-8D: Reihe aus axial verteilten Flügelelementen
9: Stabilisierungsrippen des offenen Endabschnitts und Zwischenabschnitts
9': Stabilisierungsrippen des Abschlussabschnitts des geschlossenen Endabschnitts
10: Hohlwelle/Rotorwelle
11,11': Rotorwellenlager
12: Fluideinlass
13: Fluidauslass
100: Elektromaschine
101: Rotor
101': Blechpakete
102: Stator
H: Hohlwelleninnenraum
I: Innenraum des rohrförmigen Grundkörpers des Fluidverteilers
F: Fluid
R: Rotationsachse der Hohlwelle

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

DE 102014107845 A1 [0003]
EP 0430854 B1 [0004]
DE 2407415 [0005]

Claims

Fluidverteiler (1) zur Fluidkühlung einer Hohlwelle (10) und/oder mindestens eines Lagers (11,11') zur Lagerung der Hohlwelle (10), insbesondere zur Fluidkühlung einer Rotorwelle (10) einer Elektromaschine (100) und/oder mindestens eines Lagers (11,11') zur Lagerung einer Rotorwelle (10) einer Elektromaschine (100), dadurch gekennzeichnet, dass der Fluidverteiler (1) einen rohrförmigen Grundkörper (2) aufweist, wobei der rohrförmige Grundkörper (2) einen offenen Endabschnitt (3), einen geschlossenen Endabschnitt (4) und einen dazwischen ausgebildeten Zwischenabschnitt (5) aufweist, wobei der offene Endabschnitt (3) zur Befestigung des Fluidverteilers (1) an einem Fluideinlass (12) zum Einlassen von Fluid in die Hohlwelle (10) ausgelegt ist, wobei der geschlossene Endabschnitt (4) zur Befestigung des Fluidverteilers (1) an der Hohlwelle (10) ausgelegt ist, und wobei in dem Zwischenabschnitt (5) mindestens eine Fluiddurchlassöffnung (6;6a,6b) ausgebildet ist.
Fluidverteiler (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der offene Endabschnitt (3) zur Befestigung des Fluidverteilers (1) an einem Fluideinlass (12) mittels einer Schnappverbindung (3') ausgelegt ist.
Fluidverteiler (1) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der geschlossene Endabschnitt (4) zur Befestigung des Fluidverteilers (1) mittels einer Passverbindung in der Hohlwelle (10) ausgelegt ist.
Fluidverteiler (1) nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der geschlossene Endabschnitt (4) zum Abschluss und zur Abdichtung einer axialen Hohlwellenöffnung der Hohlwelle (10) ausgelegt ist.
Fluidverteiler (1) nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der geschlossene Endabschnitt (4) mit mindestens einer Dichtung (7) zur Abdichtung zwischen dem geschlossenen Endabschnitt (4) und der Hohlwelle (10) ausgestattet ist.
Fluidverteiler (1) nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass sich der rohrförmige Grundkörper (2) vom geschlossenen Endabschnitt (4) zum offenen Endabschnitt (3) verjüngt.
Fluidverteiler (1) nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass in dem Zwischenabschnitt (5) mindestens eine Serie (6a,6b) aus zwei oder mehr umfänglich verteilten Fluiddurchlassöffnungen (6) ausgebildet ist.
Fluidverteiler (1) nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass auf der Außenfläche des Zwischenabschnitts (5) Flügelelemente (8) zur Fluidleitung und/oder zur Fluidförderung und/oder zur Positionierung, insbesondere Zentrierung, des Fluidverteilers (1) in der Hohlwelle (10) ausgebildet sind.
Fluidverteiler (1) nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass auf der Außenfläche des Zwischenabschnitts (5) mindestens eine Serie (8a,8b,8c,8d,8e) aus zwei oder mehr umfänglich verteilten Flügelelementen (8) und/oder mindestens eine Reihe (8A,8B,8C,8D) aus zwei oder mehr axial verteilten Flügelelementen (8) ausgebildet ist.
Fluidverteiler (1) nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Fluidverteiler (1) aus Kunststoff ausgebildet ist.
Fluidverteiler (1) nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der offene Endabschnitt (3) und/oder der Zwischenabschnitt (5) und/oder der geschlossene Endabschnitt (4) mit Stabilisierungsrippen (9;9') ausgestattet ist, insbesondere wobei an der Außenfläche des offenen Endabschnitts (3) und/oder des Zwischenabschnitts (5) Stabilisierungsrippen (9) ausgebildet sind, welche umfänglich verteilt angeordnet sind und sich in axialer Richtung des röhrförmigen Grundkörpers (2) erstrecken, und/oder wobei der geschlossene Endabschnitt (4) einen, eine axiale Seite des rohrförmigen Grundkörpers (2) abschließenden Abschlussabschnitt (4') aufweist, dessen (4') Außenfläche mit Stabilisierungsrippen (9') ausgestattet ist.
Hohlwelle (10), insbesondere Rotorwelle (10) für eine Elektromaschine (100), mit Fluidkühlung, wobei die Hohlwelle (10) einen Fluideinlass (12) zum Einleiten eines Fluids (F) in einen Hohlwelleninnenraum (H) der Hohlwelle (10) und mindestens einen Fluidauslass (13) zum Ableiten des Fluids (F) aus dem Hohlwelleninnenraum (H) umfasst, dadurch gekennzeichnet, dass in dem Hohlwelleninnenraum (H) ein Fluidverteiler (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 11 angeordnet ist.
Hohlwelle (10) nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass der Fluideinlass (12) axial in den Hohlwelleninnenraum (H) mündet, wobei der mindestens eine Fluidauslass (13) als Durchgangsöffnung mit einer im Wesentlichen radialen Erstreckung in der Hohlwelle (10) ausgebildet ist, wobei der offene Endabschnitt (3) des rohrförmigen Grundkörpers (2) des Fluidverteilers (1) an dem Fluideinlass (12) befestigbar oder befestigt ist, wobei der geschlossene Endabschnitt (4) des rohrförmigen Grundkörpers (2) des Fluidverteilers (1) an, insbesondere in, der Hohlwelle (10) befestigbar oder befestigt ist, wobei das Fluid (F) durch den Fluideinlass (12) in den Innenraum (I) des rohrförmigen Grundkörpers (2) des Fluidverteilers (1) und durch die mindestens eine Fluiddurchlassöffnung (6;6a,6b) des Zwischenabschnitts (5) des rohrförmigen Grundkörpers (2) des Fluidverteilers (1) in einen den Fluidverteiler (1) umgebenden Bereich des Hohlwelleninnenraums (H) einleitbar und aus dem den Fluidverteiler (1) umgebenden Bereich des Hohlwelleninnenraums (H) durch den mindestens einen Fluidauslass (13) der Hohlwelle (10) ausleitbar ist.
Hohlwelle (10) nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass sich die Flügelelemente (8) des Fluidverteilers (1) gegen die innere Mantelfläche der Hohlwelle (10) abstützen und insbesondere den Fluidverteiler (1) in der Hohlwelle (10) zentrieren.
Elektromaschine (100), insbesondere für ein Fahrzeug, mit einem Rotor (101) und einem Stator (102), wobei der Rotor (101) auf einer Rotorwelle (10) in Form einer Hohlwelle drehbar gelagert ist, dadurch gekennzeichnet, dass die Rotorwelle (10) eine Hohlwelle nach einem der Ansprüche 12 bis 14 ist.