DE102019132039A1 - Kühleinheit für eine elektrische Maschine und Verfahren zum Herstellen einer Kühleinheit - Google Patents

Kühleinheit für eine elektrische Maschine und Verfahren zum Herstellen einer Kühleinheit Download PDF

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Abstract

Die Erfindung betrifft eine Kühleinheit (100) für eine elektrische Maschine (300), mit einem zumindest im Wesentlichen hohlzylinderförmigen Mantel, zwei in dem Mantel ausgebildeten Kühlkanälen, und einem Einlass (115) und einem Auslass (125) für Kühlmittel, die mittels der Kühlkanäle verbunden sind, wobei die Kühlkanäle einen mit dem Einlass verbundenen Einlasskühlkanal (110) und einen mit dem Auslass verbundenen Auslasskühlkanal (120) aufweisen, wobei der Einlasskühlkanal und der Auslasskühlkanal zumindest abschnittsweise jeweils in Form einer Helix um einen Umfang des Mantels (101) verlaufen, wobei der Einlasskühlkanal (110) und der Auslasskühlkanal (110) für entgegengesetzte Flussrichtung des Kühlmittels vorgesehen sind, wobei der Einlasskühlkanal (110) an einer Abzweigungsstelle (112) mit einem Teil des Flussquerschnitts in den Auslasskühlkanal (120) übergeht, wobei sich der Einlasskühlkanal (110) im weiteren Verlauf nach der Abzweigungsstelle (112) an einer Vereinigungsstelle (122) mit dem Auslasskühlkanal (120) vereinigt, wobei die Abzweigungsstelle (112) derart ausgebildet ist, dass eine Flussrichtung des Kühlmittels, in axialer Richtung (A) des Mantels gesehen, abschnittsweise in einer ersten axialen Richtung erfolgt, und wobei die Vereinigungsstelle (122) derart ausgebildet ist, dass eine Flussrichtung des Kühlmittels, in axialer Richtung (A) des Mantels gesehen, abschnittsweise entgegen der ersten axialen Richtung erfolgt, sowie eine elektrische Maschine und ein Verfahren zum Herstellen.

Description

  • Die vorliegende Erfindung betrifft eine Kühleinheit für eine elektrische Maschine sowie eine elektrische Maschine mit einer solchen Kühleinheit, sowie ein Verfahren zum Herstellen einer solchen Kühleinheit.
  • Stand der Technik
  • In elektrischen Maschinen, die motorisch und/oder generatorisch betrieben werden können, wird durch Energiewandlungsprozesse Verlustleistung in Form von Wärme dissipiert. In hochausgenutzten Maschinen ist demnach eine effiziente Wärmeabfuhr bzw. Kühlung zweckmäßig. Dazu eignen sich bevorzugt Kühlungen mit einem Fluid wie Wasser als Kühlmittel, insbesondere sog. Mantelkühlungen bzw. Wassermantelkühlungen am Stator der elektrischen Maschine.
  • Aus der DE 10 2011 076 529 A1 und der DE 10 2018 200 365 A1 sind z.B. solche Mantelkühlungen bekannt, bei denen Kühlkanäle zwischen Einlass und Auslass für das Kühlmittel im Wesentlichen in Form einer Helix bzw. spiralförmig um den Mantel bzw. im Mantel verlaufen. Ein oder zwei Kanäle für den Hinlauf erstrecken sich dabei - helixartig - vom Einlass an einem ersten axialen Ende bis zum anderen axialen Ende und gehen dann in einem Umkehrpunkt jeweils unter Umkehr der Flussrichtung für das Kühlmittel in Richtung des ersten Endes in den entsprechenden Auslasskanal über, welche dann bis zum Auslass am ersten Ende - wieder helixartig - verlaufen.
  • Aus der DE 10 2011 075 045 A1 ist eine ähnliche Mantelkühlung bekannt, bei der ein Einlasskanal und ein Auslasskanal jeweils helixartig um den Mantel bzw. im Mantel verlaufen. Der Einlasskanal geht dabei an einer Umkehrstelle in den Auslasskanal über, wobei in bzw. an der Umkehrstelle Flussleitelemente vorgesehen sind.
  • Offenbarung der Erfindung
  • Erfindungsgemäß werden eine Kühleinheit und eine elektrische Maschine sowie ein Verfahren zum Herstellen einer solchen Kühleinheit mit den Merkmalen der unabhängigen Patentansprüche vorgeschlagen. Vorteilhafte Ausgestaltungen sind Gegenstand der Unteransprüche sowie der nachfolgenden Beschreibung.
  • Die Erfindung geht aus von einer Kühleinheit für eine elektrische Maschine, mit einem zumindest im Wesentlichen hohlzylinderförmigen Mantel, zwei in dem Mantel ausgebildeten Kühlkanälen, und einem Einlass und einem Auslass für Kühlmittel, die mittels der Kühlkanäle verbunden sind. Eine solche Kühleinheit wird in einer elektrischen Maschine in der Regel derart verwendet, dass sie den Stator der elektrischen Maschine umgibt.
  • Der mit dem Einlass verbundene Abschnitt des Kühlkanals kann als Einlasskühlkanal und der mit dem Auslass verbundene Abschnitt des Kühlkanals kann als Auslasskühlkanal bezeichnet werden bzw. sind als diese ausgebildet. Der Einlasskühlkanal und der Auslasskühlkanal verlaufen zumindest abschnittsweise jeweils in Form einer Helix um einen Umfang des Mantels bzw. in Umfangsrichtung in dem Mantel, wobei der Einlasskühlkanal und der Auslasskühlkanal für entgegengesetzte Flussrichtungen des Kühlmittels vorgesehen sind. Eine zweckmäßige Anordnung der beiden, jeweils helixartig verlaufenden Kühlkanäle ist dabei eine Anordnung in Form oder Art einer Doppelhelix, bei der einzelne Windungen der beiden Kühlkanäle jeweils, in axialer Richtung des Mantels gesehen, abwechselnd und damit auch im Wesentlichen parallel zueinander verlaufen. Aufgrund der entgegengesetzten Flussrichtung des Kühlmittels ergibt sich damit eine Art Gegenströmung, d.h. nebeneinanderliegende Windungen bzw. Abschnitte der Kühlkanäle nehmen in entgegengesetzte Richtung fließendes Kühlmittel, z.B. Wasser, ggf. mit Zusätzen, auf.
  • Durch dieses Prinzip der Gegenstromkühlung können Temperaturgradienten zwischen dem kühleren Einlass und dem wärmeren Auslass, insbesondere durch die laterale Wärmeleitung im Kühlmantel, kontinuierlich abgebaut werden. Dadurch entsteht im Kühlkörper eine homogene Temperaturverteilung. Durch diese homogene Temperaturverteilung kann die elektrische Maschine thermisch besser ausgenutzt werden, da die thermische Auslegung auf den kritischen Punkt erfolgen kann. Gäbe es z.B. eine besonders heiße Stelle in der elektrischen Maschine, so würde bzw. müsste die Auslegung auf diesen Punkt erfolgen und alle anderen Komponenten würden nicht bis zu ihrer thermischen Grenze belastet und wären damit nicht optimal ausgenutzt. Zudem ist es durch dieses Gegenstromprinzip möglich, Einlass und Auslass, in axialer Richtung des Mantels gesehen, am gleichen Ende anzuordnen, damit also an derselben Maschinenseite. Dies ermöglicht einen deutlich einfacheren Anschluss von Kühlmittelzufuhr und Kühlmittelabfuhr. Auch können der Einlass und der Auslass, insbesondere durch die parallele Anordnung der Kanäle, in Umfangsrichtung des Mantels gesehen, in einem beliebigen Winkel zueinander versetzt angeordnet werden, wobei diese bevorzugt zwischen 90° und 270°, weiter bevorzugt im Wesentlichen um 180°, versetzt angeordnet werden bzw. sind, wenngleich auch eine nicht versetzte Anordnung möglich ist.
  • Bei einer nicht erfindungsgemäßen Gegenstromkühlung mit der erwähnten Form einer Doppelhelix geht der Einlasskanal bisher an einer Umkehrstelle in den Auslasskanal über, sodass damit auch von nur einem Kanal gesprochen werden kann, dann mit einem Einlassabschnitt und einem Auslassabschnitt. An der Umkehrstelle, an der der Einlasskanal in den Auslasskanal übergeht, erfolgt dabei bisher eine Umlenkung des Flusses des Kühlmittels an einem Ende des Mantels zurück zum anderen Ende. Mit anderen Worten ist diese Umkehrstelle derart ausgebildet, dass eine Flussrichtung des Kühlmittels, in axialer Richtung des Mantels gesehen, abschnittsweise in einer axialen Richtung erfolgt und damit Bauraum dafür vorgesehen werden muss.
  • Nach Umlenkung des Flusses (um 180°) am Ende des Mantels (bzw. am Maschinenende) werden die Windungen des Auslasskanals, wie erwähnt, zwischen den Windungen des Einlasskanals zurückgeführt. Diese Umlenkung bewirkt bei herkömmlichen Doppelhelix-Kanälen einen erhöhten Druckverlust und, wie sich gezeigt hat, eine große nicht überströmte Fläche auf dem Kühlmantel, die nicht für die Kühlung wirksam werden kann, nämlich die benachbarten Bereiche der Umkehrstelle.
  • Bei der erfindungsgemäßen Kühleinheit geht nun der Einlasskühlkanal an einer Abzweigungsstelle mit einem Teil des Flussquerschnitts (den der Einlasskühlkanal bis dorthin hat) in den Auslasskühlkanal über, der Auslasskühlkanal (mit der entgegengesetzten Flussrichtung für das Kühlmittel) beginnt dann an bzw. im Bereich dieser Abzweigungsstelle. Im weiteren Verlauf nach der Abzweigungsstelle vereinigt sich der Einlasskühlkanal (mit dem verbleibenden Flussquerschnitt) an einer Vereinigungsstelle mit dem Auslasskühlkanal. Der Auslasskühlkanal hatte bis dorthin einen geringeren Flussquerschnitt, ab der Vereinigungsstelle erreicht der Auslasskanal dann (wieder) den eigentlichen Flussquerschnitt.
  • Eine solche Anordnung von Einlasskühlkanal und Auslasskühlkanal ergibt insbesondere, dass einerseits die Abzweigungsstelle derart ausgebildet ist, dass eine Flussrichtung des Kühlmittels, in axialer Richtung des Mantels gesehen, abschnittsweise in einer ersten axialen Richtung erfolgt, z.B. von einem dem Einlass abgewandten Ende zum Ende des Einlasses hin. Andererseits ergibt dies aber entsprechend, dass die Vereinigungsstelle derart ausgebildet ist, dass eine Flussrichtung des Kühlmittels, in axialer Richtung des Mantels gesehen, abschnittsweise entgegen der ersten axialen Richtung erfolgt.
  • Dies ermöglicht eine deutlich bessere Ausnutzung der vorhandenen Fläche auf dem Kühlmantel, da nicht an einer Stelle ein Übergang des Einlasskühlkanals in den Auslasskühlkanal - und damit eine Umkehr der Flussrichtung - mit dem vollen Flussquerschnitt erfolgen muss. Vielmehr wird diese Umkehr auf zwei Stellen aufgeteilt bzw. in zwei Stufen vorgenommen. Dies ist besonders anschaulich in den Figuren zu sehen. Außerdem kann auf diese Weise der Druckverlust besonders geringgehalten werden.
  • An der Abzweigungsstelle kann hierzu eine Kante in dem Einlasskühlkanal vorgesehen werden, die den Flussquerschnitt trennt, zweckmäßigerweise in der Hälfte, und den abgetrennten Teil des Kühlmittelstroms in den Auslasskanal einlenkt. Der andere Teil bzw. die andere Hälfte kann z.B. eine halbe Windung später durch einen weiteren Radius umgelenkt und dem bereits zuvor umgelenkten Teil des Kühlmittelstroms zugeführt bzw. damit vereinigt werden. Durch diese zweistufe Umlenkung wird nicht nur der Druckverlust reduziert, sondern auch der nicht gekühlte Bereich des Kühlmantels oder dessen axiale Erstreckung minimiert.
  • Bevorzugt sind die Abzweigungsstelle und die Vereinigungsstelle, in Umfangsrichtung des Mantels gesehen, zwischen 90° und 270° zueinander versetzt, vorzugsweise zumindest im Wesentlichen um 180° zueinander versetzt, also in etwa gegenüberliegend, angeordnet. Ebenso ist es bevorzugt, wenn die Abzweigungsstelle und die Vereinigungsstelle, in axialer Richtung des Mantels gesehen, auf zumindest im Wesentlichen gleicher Höhe angeordnet sind. Damit ist eine besonders effektive Ausnutzung der Flächen möglich.
  • Vorzugsweise weisen der Einlasskühlkanal und/oder der Auslasskühlkanal jeweils wenigstens abschnittsweise einen Trennsteg auf, der entlang des (jeweiligen) Kühlkanals verläuft und den Flussquerschnitt in zwei, vorzugsweise gleiche, Teile (Stränge) aufteilt. Damit kann die Führung des Kühlmittels verbessert und die wärmeübertragende Fläche vergrößert werden.
  • Im Extremfall kann ein solcher Trennsteg im Einlasskühlkanal vom Einlass bis zur Abzweigungsstelle und/oder im Auslasskühlkanal von der Vereinigungsstelle bis zum Auslass verlaufen. Auf diese Weise werden der Einlasskühlkanal bzw. der Auslasskühlkanal gleichsam in jeweils zwei, insbesondere parallele, Kühlstränge aufgeteilt. Damit kann also eine Kühleinheit gebildet werden, die vier in dem Mantel ausgebildete Kühlstränge aufweist, wobei die Kühlkanäle dann zwei mit dem Einlass verbundene Einlasskühlstränge und zwei mit dem Auslass verbundene Auslasskühlstränge aufweisen. Dann geht ein erster Strang des Einlasskühlkanals an einer ersten Stelle in einen ersten Strang des Auslasskühlkanals über, wobei der erste Strang des Auslasskühlkanals an der ersten Stelle beginnt, und ein zweiter Strang des Einlasskühlkanals geht an einer zweiten, in Umfangsrichtung des Mantels gesehen, von der ersten Stelle verschiedenen Stelle in einen zweiten Strang des Auslasskühlkanals über, wobei der zweite Strang des Auslasskühlkanals an der zweiten Stelle beginnt. Die erste Stelle entspricht damit der Abzweigungsstelle und die zweite Stelle entspricht der Vereinigungsstelle. Durch einen solchen (mittigen) Trennsteg - bzw. die Aufteilung eines Kühlkanals in zwei Kühlstränge - kann eine wärmeübertragende Fläche weiter erhöht werden. Dies lässt es ebenfalls zu, bei der Umlenkung ohne freie Strömungen zu arbeiten, da Ein- und Auslasskanal über die jeweiligen Stränge geschlossen miteinander verbunden werden können.
  • Vorteilhafterweise weisen die Kühlkanäle und/oder die Kühlstränge einen trapezförmigen Strömungsquerschnitt auf. Dadurch und insbesondere durch zusätzliche Abschrägungen im Kühlkanal und den trapezförmigen Querschnitt bzw. Strömungsquerschnitt können Hinterschnitte vermieden werden. Dadurch ist eine Fertigung der Kühlkanäle mittels des sog. Topf-in-Topf-Verfahrens (Entformung (Herauslösen des gehärteten Materials aus der Form) der Außenkontur durch zwei Formhälften in radialer Richtung) möglich. Dieses Fertigungsverfahren ist sowohl günstig als auch serientauglich.
  • Gegenstand der Erfindung ist weiterhin eine elektrische Maschine mit einer erfindungsgemäßen Kühleinheit. Dies kann dabei insbesondere einen Stator der elektrischen Maschine umgeben.
  • Gegenstand der Erfindung ist außerdem ein Verfahren zum Herstellen einer solchen Kühleinheit, bei dem insbesondere das Topf-in-Topf-Verfahren verwendet wird. Hierbei wird die Kühleinheit bevorzugt unter Verwendung einer Innenform und zweier Hälften (im Wesentlichen Zylinderhälften) einer Außenform derart gebildet, vorzugsweise gegossen, dass zur Entnahme der Kühleinheit die zwei Hälften der Außenform auseinandergezogen werden können. Hierzu werden die Kühlkanäle insbesondere mit einem trapezförmigen Querschnitt ausgebildet und zweckmäßigerweise werden Seitenwände der Kühlkanäle in Bereichen einer Trennebene (bzw. Nahtstelle) der zwei Hälften der Außenform so abgeschrägt ausgebildet, dass keine Hinterschnitte existieren. Hierbei handelt es sich um zusätzliche Abschrägungen, die gezielt (in die Gussform) eingebracht werden, sodass beim Auseinanderziehen der beiden Hälften bzw. Außenteile die Kanalwände die Form nicht „festhalten“; d.h. es gibt keine Hinterschnitte (bei denen das die Kanalwände bildende Gussmaterial „hinter“ den denKanal selbst bildenden Vorsprüngen der Form sitzt).
  • Hinsichtlich der Vorteile und weiterer Ausgestaltungen der elektrischen Maschine und des Verfahrens sei zur Vermeidung von Wiederholungen auf vorstehenden Ausführungen zur Kühleinheit verwiesene, die hier entsprechend gelten.
  • Weitere Vorteile und Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus der Beschreibung und der beiliegenden Zeichnung.
  • Die Erfindung ist anhand von Ausführungsbeispielen in der Zeichnung schematisch dargestellt und wird im Folgenden unter Bezugnahme auf die Zeichnung besch rieben.
  • Figurenliste
    • 1 zeigt schematisch eine erfindungsgemäße elektrische Maschine mit einer Kühleinheit in einer bevorzugten Ausführungsform.
    • 2 und 3 zeigen eine erfindungsgemäße Kühleinheit in einer bevorzugten Ausführungsform.
    • 4 und 5 zeigen eine erfindungsgemäße Kühleinheit in einer weiteren bevorzugten Ausführungsform.
    • 6 zeigt Detailansichten aus 4.
  • Ausführungsform(en) der Erfindung
  • In 1 ist schematisch eine erfindungsgemäße elektrische Maschine 300 mit einer Kühleinheit 100 in einer bevorzugten Ausführungsform dargestellt. Die elektrische Maschine 300 weist einen Stator 310 und einen innerhalb des Stators 310 angeordneten Rotor 320, der um eine Rotationsachse A drehbar ist, auf. Außerdem ist eine Steuer- und Regeleinheit 330 angebracht, welche insbesondere einen sog. Inverter aufweist. Die Kühleinheit 100 weist einen zumindest im Wesentlichen hohlzylinderförmigen Mantel auf bzw. ist im Wesentlichen mantelförmig ausgebildet und um den Stator 310 angeordnet. Hinsichtlich der näheren Ausgestaltung der Kühleinheit sei auf die nachfolgenden Figuren mit zugehöriger Beschreibung verwiesen.
  • In den 2 und 3 ist eine erfindungsgemäße Kühleinheit 100 in einer bevorzugten Ausführungsform dargestellt. Während 2 einen zumindest im Wesentlichen hohlzylinderförmigen Mantel 101 der Kühleinheit 100 mit darin eingebrachten bzw. darin angeordneten Kühlkanälen zeigt, sind in 3 die zugehörigen Kühlkanäle ohne den Mantel bzw. den Rest des Mantels dargestellt. Nachfolgend sollen die 2 und 3 übergreifend beschrieben werden, wobei gleiche Elemente mit gleichen Bezugszeichen versehen sind.
  • Die Kühleinheit 100 weist zwei Kühlkanäle auf, nämlich einen Einlasskühlkanal 110, der mit einem Einlass 115 für Kühlmittel verbunden ist, sowie einen Auslasskühlkanal 120, der mit einem Auslass 125 für Kühlmittel verbunden ist. Der Einlasskühlkanal 110 und der Auslasskühlkanal 120 verlaufen jeweils in Form einer Helix um einen Umfang des Mantels, wobei der Einlasskühlkanal 110 und der Auslasskühlkanal 120 für entgegengesetzte Flussrichtung des Kühlmittels vorgesehen sind, was in der 3 durch unterschiedliche Schraffur der Kühlkanäle nochmals verdeutlicht wird.
  • An, in axialer Richtung A des Mantels gesehen, einem Ende der Kühleinheit 100, in den 2 und 3 dem rechts gezeigten Ende, geht nun der Einlasskühlkanal 110 an einer Abzweigungsstelle 112 mit einem Teil des Flussquerschnitts in den Auslasskühlkanal 120 über. Hierzu ist eine Kante 113 in dem Einlasskanal 110 vorgesehen. Die Abzweigungsstelle 112 - die auch als Umkehrstelle für die Flussrichtung dient - ist derart ausgebildet, dass eine Flussrichtung des Kühlmittels, in axialer Richtung A des Mantels gesehen, abschnittsweise in einer ersten axialen Richtung erfolgt, hier parallel zur Achse A vom linken Ende zum rechten Ende hin.
  • Vom vollen Fluss- bzw. Strömungsquerschnitt F des Einlasskanals 110 wird also ein Teil mit geringerem bzw. hier halbem Fluss- bzw. Strömungsquerschnitt F' in den Auslasskanal 120 übergeleitet.
  • Im weiteren Verlauf verläuft der Einlasskanal 110 mit dem verringerten Strömungsquerschnitt für beispielsweise in etwa einen halben Umfang des Mantels und vereinigt sich dann an einer Vereinigungsstelle 122 - die auch hier als Umkehrstelle für die Flussrichtung dient - mit dem Auslasskühlkanal 120, der ab dann wieder den vollen Strömungsquerschnitt aufweist.
  • Die Vereinigungsstelle 122 ist derart ausgebildet, dass eine Flussrichtung des Kühlmittels, in axialer Richtung A des Mantels gesehen, abschnittsweise in einer der ersten axialen Richtung entgegengesetzten Richtung erfolgt, hier parallel zur Achse A vom rechten Ende zum linken Ende hin.
  • Damit sind die Umkehrrichtungen an Abzweigungsstelle 112 und Vereinigungsstelle 122 entgegengesetzt. Dies bewirkt, dass die verfügbare Fläche auf dem Mantel deutlich besser ausgenutzt werden kann, als dies bei einer Umkehr in die gleiche Richtung der Fall wäre.
  • In 2 ist zudem ein Trennsteg 130 in einem kleinen Abschnitt des Einlasskühlkanals 110, gleich nach dem Einlass, gezeigt, der den Einlasskühlkanal in diesem Bereich in zwei Einlasskühlstränge teilt. Hierdurch lässt sich der Fluss des Kühlmittels besser leiten. Dieser Trennsteg 130 kann auch an weiteren bzw. längeren Abschnitten vorgesehen sein, ebenso auch im Auslasskanal 120.
  • In den 4 und 5 ist eine erfindungsgemäße Kühleinheit 200 in einer weiteren bevorzugten Ausführungsform dargestellt. Während 4 einen zumindest im Wesentlichen hohlzylinderförmigen Mantel 201 der Kühleinheit 100 mit darin eingebrachten bzw. darin angeordneten Kühlkanälen zeigt, sind in 5 die zugehörigen Kühlkanäle ohne den Mantel bzw. den Rest des Mantels dargestellt. Nachfolgend sollen die 4 und 5 übergreifend beschrieben werden, gleiche Elemente sind mit gleichen Bezugszeichen versehen.
  • Die Kühleinheit 200 weist zwei Kanäle mit jeweils zwei Strängen auf, nämlich zwei Einlasskühlstränge 210, 211, die mit einem Einlass 215 für Kühlmittel verbunden sind, sowie zwei Auslasskühlstränge 220, 221, die mit einem Auslass 225 für Kühlmittel verbunden ist. Die Einlasskühlstränge 210, 211 und die Auslasskühlstränge 220, 221 verlaufen jeweils in Form einer Helix um einen Umfang des Mantels, wobei die Einlasskühlstränge 210, 211 und die Auslasskühlstränge 220, 221 jeweils für entgegengesetzte Flussrichtung des Kühlmittels vorgesehen sind, was in der 5 durch unterschiedliche Schraffur der Kühlkanäle bzw. Stränge nochmals verdeutlicht wird.
  • An, in axialer Richtung A des Mantels gesehen, einem Ende der Kühleinheit 200, in den 4 und 5 dem rechts gezeigten Ende, geht nun der Strang 211 des Einlasskühlkanals an einer ersten Stelle 212, einer Abzweigungsstelle, in den Strang 221 des Auslasskühlkanals über. Die erste Stelle 212 - die auch als Umkehrstelle für die Flussrichtung dient - ist derart ausgebildet, dass eine Flussrichtung des Kühlmittels, in axialer Richtung A des Mantels gesehen, abschnittsweise in einer ersten axialen Richtung erfolgt, hier parallel zur Achse A vom linken Ende zum rechten Ende hin.
  • Im weiteren Verlauf, an einer zweiten, von der ersten Stelle verschiedenen Stelle 222, einer Vereinigungsstelle, geht der Strang 210 des Einlasskühlkanals in den Strang 220 des Auslasskühlkanals über. Auch die zweite Stelle 222 dient hier als Umkehrstelle für die Flussrichtung. Die zweite Stelle 222 ist derart ausgebildet, dass eine Flussrichtung des Kühlmittels, in axialer Richtung A des Mantels gesehen, abschnittsweise in einer der ersten axialen Richtung entgegengesetzten Richtung erfolgt, hier parallel zur Achse A vom rechten Ende zum linken Ende hin.
  • Damit sind die Umkehrrichtungen an der ersten Stelle 212 und der zweiten Stelle 222 entgegengesetzt. Dies bewirkt, dass die verfügbare Fläche auf dem Mantel deutlich besser ausgenutzt werden kann, als dies bei einer Umkehr in die gleiche Richtung der Fall wäre.
  • An dieser Stelle sei noch erwähnt, dass die Kühleinheit 200 entsprechend der Ausführungsform gemäß der 4 und 5 aus der Kühleinheit 100 entsprechend der Ausführungsform gemäß der 2 und 3 erhalten werden kann, wenn im Einlasskühlkanal und im Auslasskühlkanal, zumindest soweit sie jeweils den vollen Flussquerschnitt aufweisen, mittig mit einem Trennsteg versehen werden, wie dies in 2 angedeutet ist. Durch einen solchen Trennsteg kann ein Kühlkanal gleichsam in zwei (parallele) Kühlstränge getrennt werden.
  • In 6 sind Querschnitte der Kühlstränge, wie sie z.B. in 4 gezeigt sind, im Detail zu sehen. Insbesondere sind hier die trapezförmigen Querschnitte zu sehen, bei denen kein Hinterschnitt vorliegt. Durch Abschrägungen im Kühlkanal und den trapezförmigen Strömungsquerschnitt können nämlich Hinterschnitte vermieden werden. Dadurch ist eine Fertigung dieses Kühlkanals mittels dem Topf-in-Topf Verfahren (Entformung der Außenkontur durch zwei Formhälften in radialer Richtung) möglich. Dieses Fertigungsverfahren ist sowohl günstig als auch serientauglich.
  • Dies gilt nicht nur für die Stränge der Ausführungsform gemäß der 4 und 5, sondern entsprechend auch für die Kühlkanäle der Ausführungsform gemäß der 2 und 3.
  • ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
  • Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
  • Zitierte Patentliteratur
    • DE 102011076529 A1 [0003]
    • DE 102018200365 A1 [0003]
    • DE 102011075045 A1 [0004]

Claims (12)

  1. Kühleinheit (100) für eine elektrische Maschine (300), mit einem zumindest im Wesentlichen hohlzylinderförmigen Mantel (101), zwei in dem Mantel ausgebildeten Kühlkanälen, und einem Einlass (115) und einem Auslass (125) für Kühlmittel, die mittels der Kühlkanäle verbunden sind, wobei die Kühlkanäle einen mit dem Einlass verbundenen Einlasskühlkanal (110) und einen mit dem Auslass verbundenen Auslasskühlkanal (120) aufweisen, wobei der Einlasskühlkanal und der Auslasskühlkanal zumindest abschnittsweise jeweils in Form einer Helix um einen Umfang des Mantels (101) verlaufen, wobei der Einlasskühlkanal (110) und der Auslasskühlkanal (120) für entgegengesetzte Flussrichtungen des Kühlmittels vorgesehen sind, wobei der Einlasskühlkanal (110) an einer Abzweigungsstelle (112) mit einem Teil (F') des Flussquerschnitts (F) in den Auslasskühlkanal (120) übergeht, wobei sich der Einlasskühlkanal (110) im weiteren Verlauf nach der Abzweigungsstelle (112) an einer Vereinigungsstelle (122) mit dem Auslasskühlkanal (120) vereinigt, wobei die Abzweigungsstelle (112) derart ausgebildet ist, dass eine Flussrichtung des Kühlmittels, in axialer Richtung (A) des Mantels gesehen, abschnittsweise in einer ersten axialen Richtung erfolgt, und wobei die Vereinigungsstelle (122) derart ausgebildet ist, dass eine Flussrichtung des Kühlmittels, in axialer Richtung (A) des Mantels gesehen, abschnittsweise entgegen der ersten axialen Richtung erfolgt.
  2. Kühleinheit nach Anspruch 1, wobei die Abzweigungsstelle (112) und die Vereinigungsstelle (122), in Umfangsrichtung des Mantels gesehen, zwischen 90° und 270° zueinander versetzt, vorzugsweise zumindest im Wesentlichen um 180° zueinander versetzt, angeordnet sind.
  3. Kühleinheit nach Anspruch 1 oder 2, wobei die Abzweigungsstelle (112) und die Vereinigungsstelle (122), in axialer Richtung des Mantels gesehen, auf zumindest im Wesentlichen gleicher Höhe angeordnet sind.
  4. Kühleinheit nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei der Einlasskühlkanal (110) und/oder der Auslasskühlkanal (120) jeweils wenigstens abschnittsweise einen Trennsteg (130) aufweisen, der entlang des Kühlkanals verläuft und den Flussquerschnitt in zwei, vorzugsweise gleiche, Teile aufteilt.
  5. Kühleinheit nach Anspruch 4, wobei der Trennsteg (130) im Einlasskühlkanal (110) vom Einlass (115) bis zur Abzweigungsstelle (112) verläuft und/oder wobei der Trennsteg (130) im Auslasskühlkanal (120) von der Vereinigungsstelle (122) bis zum Auslass (125) verläuft.
  6. Kühleinheit nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei der Einlass (215) und der Auslass (225), in axialer Richtung des Mantels gesehen, an dem gleichen Ende des Mantels angeordnet sind.
  7. Kühleinheit (100, 200) nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei der Einlass (115, 215) und der Auslass (125, 225), in Umfangsrichtung des Mantels gesehen, zueinander versetzt, vorzugsweise zwischen 0° und 270°, weiter vorzugsweise zumindest im Wesentlichen um 180° zueinander versetzt, angeordnet sind.
  8. Elektrische Maschine (300) mit einer Kühleinheit nach einem der vorstehenden Ansprüche.
  9. Verfahren zum Herstellen einer Kühleinheit (100, 200) nach einem der Ansprüche 1 bis 7, bei dem die Kühleinheit unter Verwendung einer Innenform und zweier Hälften einer Außenform derart gebildet, vorzugsweise gegossen, wird, dass zur Entnahme der Kühleinheit die zwei Hälften der Außenform auseinandergezogen werden können.
  10. Verfahren nach Anspruch 9, wobei die Kühlkanäle mit einem trapezförmigen Querschnitt ausgebildet werden.
  11. Verfahren nach Anspruch 9 oder 10, wobei Seitenwände der Kühlkanäle in Bereichen einer Trennebene der zwei Hälften der Außenform abgeschrägt ausgebildet werden.
  12. Verfahren nach einem der Ansprüche 9 bis 11, bei dem ein Topf-in-Topf-Verfahren verwendet wird.
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