DE102019202760A1

DE102019202760A1 - Dichtmanschette für einen Stator einer elektrischen Maschine

Info

Publication number: DE102019202760A1
Application number: DE102019202760.1A
Authority: DE
Inventors: Tony Amende; Thomas Kübel; Thomas Rettig
Original assignee: Rolls Royce Deutschland Ltd and Co KG
Current assignee: Rolls Royce Deutschland Ltd and Co KG
Priority date: 2019-02-28
Filing date: 2019-02-28
Publication date: 2020-09-03
Also published as: WO2020174021A1; US20220140699A1; CN113454879A

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Dichtmanschette für einen Stator einer elektrischen Maschine, welche u.a. sicherstellen soll, dass ein die Statorspulen umströmendes Kühlmittel einem vorgegebenen, mäanderförmigen Kühlmittelpfad folgt. Die Manschette weist zwei Dichtringe auf, die die Spulen des Stators zwischen sich liegend am Stator angeordnet werden. Jeder der Dichtringe besteht im Wesentlichen aus einer harten und einer weichen Komponente. Die Manschette wird derart am Stator angeordnet, dass insbesondere Dichtungsabschnitte der weichen Komponente an den Oberflächen der Statorspulen anliegen und sich aufgrund ihrer Verformbarkeit an diese Oberflächen der Spulen anpassen. Dies bewirkt, dass an diesen so gebildeten Abdichtstellen kein Kühlmittel zwischen den Spulen und den Dichtringen hindurchtreten kann, so dass der gewünschte Kühlmittelfluss gewährleistet ist. Die Dichtringe sind desweiteren derart ausgebildet und angeordnet, dass abwechselnd für eine jeweilige Spule nur einer der Dichtringe einen Dichtungsabschnitt aufweist, so dass letztlich der mänderförmige Kühlmittelfluss erzielt wird.

Description

Die Erfindung betrifft einen Stator für eine elektrische Maschine und insbesondere eine Dichtmanschette zum Abdichten des Stators dahingehend.
Zum Antrieb von Luftfahrzeugen, bspw. für Flugzeuge oder Helikopter, oder auch für elektrisch angetriebene Wasserfahrzeuge etc. werden als Alternative zu den gebräuchlichen Verbrennungskraftmaschinen Konzepte beruhend auf elektrischen Antriebssystemen untersucht und eingesetzt. Ein derartiges elektrisches oder hybrid-elektrisches Antriebssystem weist in der Regel eine oder mehrere elektrische Maschinen auf, die je nach Verwendungszweck im Antriebssystem als Generator und/oder als Elektromotor konfiguriert sein können.
Die für derartige mobile Anwendungen einzusetzenden elektrischen Antriebe sowie die entsprechenden Maschinen müssen sich, um die benötigten Leistungen erzeugen zu können, durch extrem hohe Leistungsdichten auszeichnen. Während für viele technische Anwendungen Leistungsdichten in Größenordnungen bis zu 2kW/kg ausreichend sind, werden bspw. für die Elektrifizierung der Luftfahrt, d.h. für elektrisch oder hybridelektrisch angetriebene Luftfahrzeuge, aber auch für andere - insbesondere mobile- Anwendungen elektrische Maschinen mit Leistungsdichten in Größenordnungen von bspw. 20kW/kg angestrebt.
Da sich mit steigender Leistungsdichte im Betrieb der Maschine auch eine erhöhte Wärmeentwicklung in den Aktivteilen der Maschine einstellt, werden an das zugehörige Kühlsystem ebenfalls erhöhte Anforderungen gestellt. Insbesondere bei elektrischen Antriebssystemen für die Luftfahrt kommen unter anderem flüssigkeitsgekühlte Motoren zum Einsatz, bei denen bspw. zur Kühlung des Stators eine Kühlflüssigkeit entlang eines mäanderförmigen Pfades um die Spulen des Stators geleitet wird. Um zum Einen diesen gewünschten Verlauf der Kühlflüssigkeit zu gewährleisten und um zum Anderen eine Leckage der Kühlflüssigkeit zu verhindern, d.h. ein ungewolltes Heraustreten der Kühlflüssigkeit aus dem Bereich, in dem sich die zu kühlenden Statorspulen befinden, wird eine Dichtmanschette an den Stator angelegt. Die Dichtmanschette umfasst im Wesentlichen zwei Ringe, bspw. aus Kunststoff, von denen jeweils einer an einer jeweiligen Stirnseite des Stators derart positioniert wird, dass die beiden gewünschten Effekte erzielt werden. Insbesondere liegt ein jeweiliger Dichtring an bestimmten Abdichtstellen an den Spulen an.
Durch die konstruktive Gestaltung der Manschette zum Bewirken der mäanderförmigen, wechselseitigen Strömungsführung entstehen jedoch Leckagen an den jeweiligen Abdichtstellen zu den Spulen, was zu fluiddynamischen Bypässen und damit zu Verlusten im optimalen Kühlungsverlauf führt. Dadurch wird die Kühlperformance eingeschränkt.
Es ist daher eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, einen Ansatz zum verbesserten Kühlmittelfluss im Stator anzugeben.
Diese Aufgabe wird durch den in Anspruch 1 beschriebenen Dichtring einer Dichtmanschette für einen Stator einer elektrischen Maschine gelöst. Weitere Lösungen bieten die Dichtmanschette gemäß Anspruch 9 sowie der Stator selbst, der in Anspruch 11 beschrieben wird. Die Unteransprüche beschreiben vorteilhafte Ausgestaltungen.
Ein Grund für die beschriebene Problematik, die sich in einer verminderten Kühlleistung niederschlägt, liegt darin, dass die Form bzw. Oberflächen der Dichtringe der Dichtmanschette an denjenigen Stellen, an denen sie an den Spulen bzw. an den die jeweilige Spule bildenden Drähten anliegen, d.h. an den Abdichtstellen, aufgrund von Fertigungstoleranzen des Wickelprozesses der Spulen nicht exakt an die entsprechenden Oberflächen der Spulen angepasst sind, so dass dort entsprechende Undichtigkeiten in Kauf genommen werden müssen. Dies führt zu den genannten Leckagen.
Der Vollständigkeit und Klarheit wegen sei darauf hingewiesen, dass der Begriff „Leckage“ im hier adressierten Zusammenhang weniger ein Heraustreten aus dem Statorsystem und damit einen Verlust von Kühlflüssigkeit meint, sondern vielmehr ein Durchtreten des Kühlmittels durch die Undichtigkeiten an den genannten „Abdichtstellen“ zwischen den Spulen und den Dichtringen der Dichtmanschette. Bei diesem Durchtreten durch die Undichtigkeiten verbleibt die Kühlflüssigkeit zwar im Statorsystem, nimmt aber teilweise einen Weg, der vom vorgesehenen bspw. mäanderförmigen Pfad abweicht, was sich negativ auf die Kühlleistung auswirkt.
Das der Erfindung zu Grunde liegende Konzept liegt darin, dass die die Dichtmanschette bildenden Dichtringe jeweils aus zumindest zwei Komponenten bestehen, wobei die erste Komponente im Wesentlichen den mechanischen Halt der kompletten Dichtmanschette im Motor übernimmt und zu diesem Zweck hart und wenig mechanisch verformbar ist und wobei die zweite Komponente, die weicher und elastisch verformbar ist, insbesondere an den Abdichtstellen die Dichtung zur jeweiligen Spule gegen die Kühlmittelleckage herstellt.
Ein jeweiliger Dichtring einer zumindest zwei derartige Dichtringe aufweisenden Dichtmanschette für einen eine Vielzahl von Spulen und Statorzähnen aufweisenden Stator einer elektrischen Maschine weist also eine erste, im Wesentlichen harte Komponente und eine auf einer ersten axialen Oberfläche der ersten Komponente aufgebrachte zweite, verformbare bzw. elastische Komponente auf. Der Dichtring kann also bspw. aus einem partiell harten und partiell weichen Elastomer bestehen. Der weiche Kunststoff o.ä. soll Kontaktstellen zu den Spulen durch entsprechende Verformbarkeit der Dichtmanschette bzw. der zweiten Komponente exakt abdichten.
Die zweite Komponente umfasst insbesondere erste Dichtungsabschnitte, die entlang einer tangentialen Richtung verteilt und bestimmte Winkelabstände zueinander aufweisend auf der ersten axialen Oberfläche angeordnet sind.
Da die Dichtungsabschnitte entlang der tangentialen Richtung bzw. entlang der Umfangsrichtung angeordnet sind, bietet es sich an, zur Beschreibung ihrer Positionen keine kartesischen Koordinaten zu verwenden, sondern Winkel einzubeziehen, wobei als Referenz bzw. Bezugsachse die Symmetrieachse des Stators angenommen wird.
In tangentialer Richtung gesehen betragen die Winkelabstände zwischen den Mitten zweier benachbarter erster Dichtungsabschnitte 360°/n212`, wobei n212' die Anzahl der ersten Dichtungsabschnitte angibt. Dabei gilt n212'=n121/N, wobei n121 die Anzahl der Spulen des Stators angibt und N≥2 gilt, vorzugsweise N=2. Natürlich sollten n121 und N derart gewählt sein, dass n121/N ganzzahlig ist. Die Anzahlen und die Positionen der Dichtungsabschnitte hängen also direkt mit der Anzahl der Spulen zusammen, so dass die Dichtringe der Dichtmanschette optimal an den Stator angepasst werden können.
Der Dichtring weist einen radial äußeren Bereich sowie einen radial inneren Bereich auf, wobei sich die ersten Dichtungsabschnitte in radialer Richtung zwischen den beiden Bereichen, d.h. ohne in diese Bereiche hinein zu ragen, erstrecken. Dies meint natürlich die Situation, dass sich die genannten inneren bzw. äußeren Bereiche in radialer Richtung tatsächlich über eine gewisse Distanz erstrecken und nicht quasi linienförmig sind. Die Bereiche sind koaxial zueinander und der Innendurchmesser des radial äußeren Bereichs ist größer als der Außendurchmesser des radial inneren Bereichs. Konsequenterweise weisen die ersten Dichtungsabschnitte in der radialen Richtung eine Erstreckung auf, die entsprechend geringer ist als die Differenz zwischen den genannten Durchmessern der Bereiche des Dichtringes.
Damit einhergehend entspricht die radiale Erstreckung eines der beiden radialen Bereiche des Dichtringes einer radialen Dicke eines jeweiligen Zahnfußes der Statorzähne. Ebenso entspricht die radiale Erstreckung des anderen der beiden radialen Bereiche des Dichtringes einer radialen Dicke eines jeweiligen Zahnkopfes der Statorzähne. Desweiteren entspricht ein radialer Abstand zwischen den beiden Bereichen, über welchen sich auch die ersten Dichtungsabschnitte erstrecken, einer radialen Erstreckung eines jeweiligen Zahnhalses der Statorzähne.
Diese Auslegung erlaubt es, dass die Dichtringe so am Stator angeordnet werden können, dass zum Einen die erste, harte Komponente bspw. an den Zahnfüßen bzw. -köpfen der Statorzähne des Stators und gleichzeitig zum Anderen die ersten Dichtungsabschnitte an bestimmten Spulen anliegen.
In einer weiter gehenden Ausgestaltung umfasst die weiche, zweite Komponente weitere Dichtungsabschnitte, wobei zumindest ein erster der weiteren Dichtungsabschnitte im radial äußeren Bereich der ersten axialen Oberfläche der ersten Komponente aufgebracht ist und ein zweiter der weiteren Dichtungsabschnitte im radial inneren Bereich der ersten axialen Oberfläche der ersten Komponente aufgebracht ist. Beide weiteren Dichtungsabschnitte sind kreisringförmig und, wie die radialen Bereiche des jeweiligen Ringes, koaxial zueinander. Die ersten Dichtungsabschnitte erstrecken sich in der radialen Richtung zwischen dem ersten und dem zweiten weiteren Dichtungsabschnitt, so dass diese letztlich miteinander verbunden sind bzw. ineinander übergehen. Der Innendurchmesser des radial äußeren, ersten weiteren Dichtungsabschnitts ist größer als der Außendurchmesser des radial inneren, zweiten weiteren Dichtungsabschnitts.
Hinsichtlich der Erstreckung der ersten Dichtungsabschnitte in der tangentialen Richtung ist es vorteilhaft, wenn diese Erstreckung einer tangentialen Erstreckung eines jeweiligen Statorzahnes entspricht, an dem der jeweilige Dichtungsabschnitt anliegen soll. Hierdurch wird erreicht, dass es keine Bereiche gibt, in denen es zum Anstauen von Kühlflüssigkeit kommen kann.
Eine entsprechende Dichtmanschette für einen eine Vielzahl n121 von Spulen und Statorzähnen aufweisenden Stator einer elektrischen Maschine weist einen ersten solchen Dichtring sowie einen zweiten solchen Dichtring auf. Die Dichtringe sind derart koaxial zueinander angeordnet, dass zum Einen die ersten axialen Oberflächen der beiden Dichtringe und mit ihnen die zweiten Komponenten der beiden Dichtringe einander zugewandt sind. Zum Anderen ist der erste Dichtring gegenüber dem zweiten Dichtring um einen Winkel β=360°/n121 verdreht.
Die zweite Komponente eines jeden Dichtringes umfasst jeweils eine Vielzahl von ersten Dichtungsabschnitten, die entlang einer tangentialen Richtung verteilt und bestimmte Winkelabstände zueinander aufweisend auf der ersten axialen Oberfläche eines jeweiligen Dichtringes angeordnet sind. Die ersten Dichtungsabschnitte der zweiten Komponente des ersten Dichtringes sind bei Winkeln α212'(1)=1*360°/n212' mit 1=1,..., n212' angeordnet, wobei n212' die Anzahl der ersten Dichtungsabschnitte des ersten Dichtringes angibt. Die ersten Dichtungsabschnitte der zweiten Komponente des zweiten Dichtringes sind bei Winkeln α222'(1)=β+1*360°/n222' mit l=1, ..., n222' angeordnet, wobei n222' die Anzahl der ersten Dichtungsabschnitte des zweiten Dichtringes angibt.
Ein erfindungsgemäßer Stator für eine elektrische Maschine weist eine Vielzahl n121 von Spulen auf, die in tangentialer Richtung gesehen hintereinander angeordnet sind, sowie eine Dichtmanschette, welche die eingangs erwähnten Funktionen leistet. Hierzu ist die Dichtmanschette am Stator derart angeordnet, dass die Spulen in axialer Richtung zwischen dem ersten Dichtring und dem zweiten Dichtring liegen.
An bestimmten Abdichtstellen liegen zumindest erste Dichtungsabschnitte der zweiten Komponenten der beiden Dichtringe der Dichtmanschette an den beiden Stirnseiten des Stators jeweils an bestimmten Spulen der Vielzahl von Spulen an. Bei aneinander anliegenden Spulen und zweiten Komponenten, d.h. an den Abdichtstellen, passt sich jeweils die der Spule zugewandte Oberfläche des ersten Dichtungsabschnitts der zweiten Komponente aufgrund der Verformbarkeit der zweiten Komponente an die diesem ersten Dichtungsabschnitt der zweiten Komponente zugewandte Oberfläche der Spule an, so dass die sich hierbei ergebende jeweilige Abdichtstelle weitestgehend fluiddicht ist, insbesondere bzgl. eines die Statorspulen umströmenden Kühlmittels.
Die Dichtmanschette ist bzgl. der Statorspulen derart angeordnet, dass zum Einen an jeder N-ten Spule des Stators mit N≥2, insbesondere N=2, erste Dichtungsabschnitte der zweiten Komponente des ersten Dichtringes anliegen, nicht aber erste Dichtungsabschnitte der zweiten Komponente des zweiten Ringes. Zum Anderen liegen an den übrigen Spulen des Stators erste Dichtungsabschnitte der zweiten Komponente des zweiten Dichtringes an, nicht aber erste Dichtungsabschnitte der zweiten Komponente des ersten Ringes.
Bei einer Spule, an der einer der ersten Dichtungsabschnitte eines der beiden Dichtringe anliegt, liegt zwischen dieser Spule und der ersten Komponente des anderen Dichtringes ein insbesondere für eine Kühlflüssigkeit zum Kühlen des Stators durchlässiger Zwischenraum vor, so dass die Kühlflüssigkeit in der tangentialen Richtung durch den jeweiligen Zwischenraum an der jeweiligen Spule vorbei zur nächsten, der jeweiligen Spule benachbarten Spule strömen kann.
Durch die beschriebene Anordnung der Dichtmanschette mit zueinander verdrehten Dichtringen bzgl. der Spulen wird letztlich der mäanderförmige Kühlmittelpfad erzeugt.
In einer konkreten Ausführung sind die Spulen bei Winkeln α121(k)=k*360°/n121 mit k=1,...,n121 angeordnet. Die ersten Dichtungsabschnitte der zweiten Komponente des ersten Dichtringes sind bei Winkeln α212'(1)=1*360°/n212' mit 1=1,...,n212' angeordnet, wobei n212' die Anzahl der ersten Dichtungsabschnitte des ersten Dichtringes angibt. Gleichzeitig sind die ersten Dichtungsabschnitte des zweiten Dichtringes bei Winkeln α222'(1) =β+1*360°/n222' mit 1=1,...,n222` angeordnet, wobei n222' die Anzahl der ersten Dichtungsabschnitte des zweiten Dichtringes angibt und wobei β=360°/n121 die Verdrehung des zweiten Dichtringes gegenüber dem ersten Dichtring beschreibt. Dabei gilt insbesondere n212'=n222'=n121/2.
Es sei bemerkt, dass die obigen sowie die folgenden Angaben hinsichtlich der Positionen bzw. Winkeln von Spulen und Dichtungsabschnitten etc. jeweils auf deren Mitte beziehen.
Ein solcher Dichtring kann bspw. aus einem partiell harten und partiell weichen Elastomer bestehen. Zur Herstellung eines solchen Dichtringes kann bspw. die zweite, verformbare bzw. elastische Komponente auf die harte Komponente in einem aufgebracht werden. Generell eignet sich bspw. ein Spritzgussverfahren zur Herstellung eines solchen Dichtringes. Auch wäre es denkbar ein Verfahren der additiven Fertigung einzusetzen, um den zweikomponentigen Dichtring herzustellen. Beim Zusammenbau von Dichtmanschette aufweisend zwei derartige, an sich identische Dichtringe und Stator ist darauf zu achten, dann die Dichtringe um einen bestimmten Winkel zueinander verdreht am Stator befestigt werden, so dass sich die oben bezeichneten Winkelpositionen α121 (k), α212'(1), α222'(1) der Spulen und ersten Dichtungsabschnitte und damit letztlich der mäanderförmige Kühlmittelpfad ergeben.
Weitere Vorteile und Ausführungsformen ergeben sich aus den Zeichnungen und der entsprechenden Beschreibung.
Im Folgenden werden die Erfindung und beispielhafte Ausführungsformen anhand von Zeichnungen näher erläutert. Dort werden gleiche Komponenten in verschiedenen Figuren durch gleiche Bezugszeichen gekennzeichnet. Es ist daher möglich, dass sich bei der Beschreibung einer zweiten Figur zu einem bestimmten Bezugszeichen, welches bereits im Zusammenhang mit einer anderen, ersten Figur erläutert wurde, keine näheren Erläuterungen finden. In einem solchen Fall kann bei der Ausführungsform der zweiten Figur davon ausgegangen werden, dass die dort mit diesem Bezugszeichen gekennzeichnete Komponente auch ohne nähere Erläuterung im Zusammenhang mit der zweiten Figur die gleichen Eigenschaften und Funktionalitäten aufweist, wie im Zusammenhang mit der ersten Figur erläutert. Desweiteren werden der Übersichtlichkeit wegen teilweise nicht sämtliche Bezugszeichen in sämtlichen Figuren dargestellt, sondern nur diejenigen, auf die in der Beschreibung der jeweiligen Figur Bezug genommen wird.
Es zeigen:

1 eine bekannte elektrische Maschine,
2 eine axiale Ansicht auf einen Schnitt durch einige Statorzähne eines Stators der elektrischen Maschine,
3 eine perspektivische Ansicht auf einen Abschnitt eines Stators der elektrischen Maschine,
4 eine tangentiale Sicht auf einen Schnitt durch einen Statorzahn mit herkömmlicher Dichtmanschette,
5 eine tangentiale Sicht auf einen Schnitt durch einen Statorzahn mit erfindungsgemäßer Dichtmanschette,
6 eine radiale Sicht auf einen Schnitt durch die Statorzähne aus 2,
7 eine radiale Sicht auf den Schnitt durch die Statorzähne aus 2 mit einer alternativen Anordnung der Dichtungsabschnitte,
8 eine radiale Sicht auf einen Schnitt durch die Statorzähne aus 2 mit einer alternativen Ausprägung der Dichtungsabschnitte,
9 eine axiale Sicht auf einen Dichtring der Dichtmanschette in einer ersten Ausführung,
10 den in 7 mit „X“ bezeichneten Schnitt,
11 den in 7 mit „XI“ bezeicheten Schnitt,
12 den in 7 mit „XII“ bezeicheten Schnitt,
13 eine axiale Sicht auf einen Dichtring der Dichtmanschette in einer zweiten Ausführung,
14 den in 11 mit „XIV“ bezeichneten Schnitt,
15 den in 11 mit „XV“ bezeicheten Schnitt,
16 den in 11 mit „XVI“ bezeicheten Schnitt,
17 eine perspektivische Darstellung des Dichtringes in der zweiten Ausführung.

Es sei angemerkt, dass sich Begriffe wie „axial“, „radial“, „tangential“ etc. auf die in der jeweiligen Figur bzw. im jeweils beschriebenen Beispiel zum Einsatz kommende Achse beziehen. Mit anderen Worten beziehen sich die Richtungen axial, radial, tangential stets auf eine Drehachse des Rotors und damit auf die entsprechende Symmetrieachse des Stators. Dabei beschreibt „axial“ eine Richtung parallel zur Achse, „radial“ beschreibt eine Richtung orthogonal zur Achse, auf diese zu oder auch von ihr weg, und „tangential“ ist eine Richtung, die in konstantem radialen Abstand zur Achse und bei konstanter Axialposition kreisförmig um die Achse herum gerichtet ist.
Weiterhin sollen die Begriffe „axial“, „radial“ bzw. „tangential“ im Zusammenhang mit einer Fläche, bspw. einer Oberfläche, bedeuten, dass der Normalenvektor der jeweiligen axialen, radialen bzw. tangentialen Fläche in axialer, radialer bzw. tangentialer Richtung orientiert ist, wodurch die Orientierung der jeweiligen Fläche im Raum eindeutig beschrieben ist.
Der Begriff „benachbart“ soll im Zusammenhang mit Bauteilen, bspw. Spulen oder Statorzähnen, ausdrücken, dass sich im Falle von „benachbarten Bauteilen“ zwischen diesen beiden Bauteilen insbesondere kein weiteres derartiges Bauteil befindet, sondern höchstens ein leerer Zwischenraum.
Unter dem Ausdruck „koaxiale Bauteile“, bspw. koaxiale Ringe, werden hier Bauteile verstanden, die gleiche Normalenvektoren aufweisen, für die also die von den koaxialen Bauteilen definierten Ebenen parallel zueinander sind. Desweiteren soll der Ausdruck beinhalten, dass die Mittelpunkte koaxialer Bauteile zwar auf der gleichen Rotations- bzw. Symmetrieachse, auf dieser Achse aber ggf. an verschiedenen axialen Positionen liegen können und die genannten Ebenen also einen Abstand >0 voneinander haben. Der Ausdruck verlangt nicht zwangsläufig, dass koaxiale Bauteile den gleichen Radius haben.
Die 1 zeigt exemplarisch eine als Elektromotor ausgebildete elektrische Maschine 100, wie sie im Stand der Technik bekannt ist. Es sei erwähnt, dass die elektrische Maschine 100 in ähnlichem Aufbau grundsätzlich auch als Generator betrieben werden kann. Weiterhin sei angemerkt, dass der Aufbau der im Folgenden beschriebenen Maschine 100 stark vereinfacht ist und desweiteren einige der im Zusammenhang mit den weiteren Figuren erläuterten Details nicht zeigt, sondern lediglich zur Veranschaulichung der grundsätzlichen Funktionsweise des Elektromotors 100 dient. Es kann als bekannt vorausgesetzt werden, dass je nach Ausbildung der elektrischen Maschine 100 als Generator oder als Elektromotor und/oder als bspw. Radial- oder Axialflussmaschine mit einem als Innen- oder auch als Außenläufer ausgebildeten Rotor etc. die verschiedenen Bauteile der Maschine 100 unterschiedlich angeordnet sein können.
Der Elektromotor 100 weist einen im Wesentlichen ringförmigen Stator 120 sowie einen hier als Innenläufer ausgebildeten, im Wesentlichen zylindrischen Rotor 110 auf, wobei der Rotor 110 innerhalb des Stators 120 angeordnet ist und im Betriebszustand des Elektromotors 100 um eine Rotationsachse rotiert. Der Rotor 110 bzw. sein im Wesentlichen zylindrischer Rotorgrundkörper 111 ist drehfest mit einer Welle 130 verbunden, so dass eine Rotation des Rotors 110 über die Welle 130 auf ein nicht dargestelltes anzutreibendes Bauteil, bspw. auf einen Propeller eines Flugzeugs, übertragbar ist.
Der Stator 120 weist erste magnetische Mittel 121 auf, die bspw. als Statorwicklungen 121 bzw. Spulen 121 realisiert sein können. Jede der Spulen 121 wird durch einen elektrischen Leiter gebildet. Die Leiter 121 sind jeweils auf einen Statorzahn 122 des Stators 120 gewickelt und im Betriebszustand des Elektromotors 100 von einem elektrischen Strom durchflossen, so dass magnetische Felder erzeugt werden. Die Statorzähne 122 sind an einem Statorring 123 befestigt. Der Rotor 110 weist zweite magnetische Mittel 112 auf, die bspw. als Permanentmagnete oder als erregte bzw. erregbare Wicklungen ausgebildet sein können. Im Folgenden wird angenommen, dass es sich um Permanentmagnete 112 handelt.
Der Übersichtlichkeit wegen sind nur einige wenige erste und zweite magnetische Mittel 121, 112 sowie Statorzähne 122 mit Bezugszeichen versehen.
Die ersten und die zweiten magnetischen Mittel 121, 112 sind derart ausgebildet und durch einen Luftspalt voneinander beabstandet zueinander angeordnet, dass sie im Betriebszustand des Elektromotors 100 elektromagnetisch miteinander wechselwirken. Dieses Konzept einschließlich der Bedingungen für die Ausbildung und genaue Anordnung der magnetischen Mittel 112, 121 bzw. von Rotor 110 und Stator 120 sind an sich bekannt und werden daher im Folgenden nicht näher erläutert. Es sei lediglich erwähnt, dass zum Betreiben der elektrischen Maschine 100 als Elektromotor die Spulen 121 mit Hilfe einer nicht dargestellten Stromquelle mit einem elektrischen Strom beaufschlagt werden, der bewirkt, dass die Spulen 121 dementsprechende Magnetfelder erzeugen, welche mit den Magnetfeldern der Permanentmagnete 112 des Rotors 110 in elektromagnetische Wechselwirkung treten. Dies resultiert darin, dass ein Drehmoment auf die Permanentmagnete 112 wirkt, welches sich unter der Voraussetzung, dass die Permanentmagnete 112 ausreichend fest mit dem Rotorgrundkörper 111 verbunden sind, darin äußert, dass bei geeigneter Ausbildung und Anordnung der genannten Bauteile zueinander der Rotor 110 und mit ihm die Welle 130 in Rotation versetzt werden.
Dieses Konzept der Ausbildung der elektrischen Maschine 100 als Elektromotor kann als bekannt vorausgesetzt werden. Auch die entsprechende Konfiguration und Verwendung der elektrischen Maschine 100 als Generator kann als bekannt vorausgesetzt werden. In dieser Konfiguration werden die Welle 130 und mit ihr der Rotor 110 durch einen Motor o.ä. angetrieben, so dass in die Spulen 121 elektrische Ströme induziert werden. Diese können an entsprechenden, nicht dargestellten elektrischen Kontakten der elektrischen Maschine 100 abgegriffen werden. Beide Ausbildungen der elektrischen Maschine 100 werden aufgrund der Bekanntheit der Konzepte im Folgenden nicht weiter detailliert.
Die 2 zeigt eine in axialer Richtung A orientierte Sicht auf einen Schnitt durch einige der Statorzähne 122. Diese Sicht ist in der 4 mit „II“ bezeichnet. Die Zähne 122 sind in tangentialer Richtung T gesehen hintereinander am Statorring 123 angeordnet. Jeder Statorzahn 122 weist einen Zahnkopf 122a, einen Zahnfuß 122c sowie einen sich in der radialen Richtung R über eine Distanz r122b zwischen Zahnkopf 122a und Zahnfuß 122c erstreckenden Zahnhals 122b auf (die genannten Bezugszeichen sind in der 2 der Übersichtlichkeit wegen nur für einen der dargestellten Zähne 122 vermerkt). Der jeweilige Zahnkopf 122a ist im in die Maschine 100 eingebauten Zustand dem Rotor 110 zugewandt, während der jeweilige Zahn 122 mit dem jeweiligen Zahnfuß 122c am Statorring 123 befestigt ist.
Typischerweise ragen der Zahnkopf 122a sowie auch der Zahnfuß 122c jeweils in positiver und negativer tangentialer Richtung T sowie in axialer Richtung A gesehen über den Zahnhals 122b hinaus. Der Zahnhals 122b wird genutzt, um dort die jeweilige Spule 121 zu platzieren.
Wie in der 2 zu erkennen ist, sind die Statorzähne 122 mit den Spulen 121 derart dimensioniert, dass sich zwischen zwei benachbarten Statorzähnen 122 bzw. zwischen den auf diesen Zähnen 122 positionierten Spulen 121 Zwischenräume 141 ergeben. Wie im Folgenden noch erläutert wird, bilden insbesondere diese Zwischenräume 141 gemeinsam mit den noch zu beschreibenden Zwischenräumen 142 einen Kühlmittelpfad 140, welcher vorzugsweise mänderförmig um die Statorzähne 122 herum führt und durch den ein Kühlmittel strömt, um insbesondere die Spulen 121 zu kühlen. Das Kühlmittel wird in den Figuren der Übersichtlichkeit wegen nicht mit Bezugszeichen versehen. Es ist aber davon auszugehen, dass es den mäanderförmigen Kühlmittelpfad 140 entlang strömt und dabei Wärme von den Spulen 121 abführt.
Die 3 zeigt eine perspektivische Ansicht auf einen Abschnitt des Stators 120. Der Stator 120 weist den bereits eingeführten Statorring 123 auf, an dem eine Vielzahl von Statorzähnen 122 befestigt ist, wobei jeder der Statorzähne 122 eine Spule 121 trägt. Von den Statorzähnen 122 sind in der gewählten Darstellung jeweils nur Zahnkopf 122a und Zahnfuß 122c zu sehen, da die Spulen 121 die Zahnhälse 122b verdecken.
Zwischen zwei benachbarten Zahnköpfen 122a sowie ggf. zwischen zwei benachbarten Zahnfüßen 122c können Dichtungen 124 angeordnet sein, die ggf. verhindern sollen, dass das Kühlmittel den Kühlmittelpfad 140 und damit den Stator 120 verlässt. Diese Dichtungen sind in 2 nicht dargestellt.
Die 3 zeigt desweiteren in teiltransparenter Darstellung Teile einer Dichtmanschette 200 zum Abdichten des Stators 120. Die Dichtmanschette 200 weist einen ersten Dichtring 210 sowie einen zweiten Dichtring 220 auf, wobei der zweite Dichtring 220 spiegelbildlich zum dargestellten ersten Dichtring 210 auf der in axialer Richtung A gesehen anderen, nicht sichtbaren Seite des Stators 120 angeordnet, in der hier gewählten Darstellung nicht jedoch sichtbar ist. Der zweite Dichtring 220 entspricht in seinem Aufbau und in seiner Funktion im Wesentlichen dem ersten Dichtring 210. Die Dichtringe 210, 220 sind flach, d.h. ihre jeweilige Erstreckung in der radialen Richtung R, jeweils ausgedrückt durch die Differenz ihrer Innen- und Außenradien, beträgt ein Vielfaches der jeweiligen Erstreckung bzw. Dicke in der axialen Richtung A. Um zu verhindern, dass Kühlmittel aus dem durch die Dichtmanschette 200 bzw. durch die Dichtringe 210, 220 abgedichteten Stator 120 austritt, liegen die Dichtringe 210, 220 mit ihrem jeweiligen radial äußeren Bereich 210a, 220a an den Zahnfüßen 122c und mit ihrem jeweiligen radial inneren Bereich 210i, 220i an den Zahnköpfen 122a an. Diese Maßnahme ist an sich bekannt und die dadurch erreichte Wirkung entspricht der Funktion einer Dichtmanschette in der an sich bekannten Ausprägung.
Jeder der Dichtringe 210, 220 weist jeweils eine ringförmige erste, harte Komponente 211, 221 sowie eine zweite, weiche Komponente 212, 222 auf. Die ringförmige erste Komponente 211, 221 kann bspw. aus einem harten Elastomer bestehen und entspricht in ihren radialen Dimensionen, d.h. bezüglich ihrer Innen- bzw. Außendurchmesser, im Wesentlichen den Dimensionen des ersten 210 bzw. des zweiten Dichtringes 220 und fungiert im Wesentlichen als stabiler Träger für die auf einer axialen Oberfläche der ersten Komponente 211, 221 aufgebrachte zweite Komponente 212, 222. Dabei ist die jeweilige zweite Komponente 212, 222 auf derjenigen axialen Oberfläche der ersten Komponente 211, 221 aufgebracht, die jeweils dem Stator 120 bzw. insbesondere den Statorzähnen 122 zugewandt ist, wenn die Dichtmanschette 200 in die elektrische Maschine 100 eingebaut ist. In der Konsequenz bedeutet das auch, dass im eingebauten Zustand diejenigen axialen Oberflächen der ersten Komponenten 211, 221, auf denen die zweiten Komponenten 212, 222 aufgebracht sind, einander zugewandt sind.
Die ersten, harten und dabei möglichst wenig verformbaren Komponenten 211, 221 bewirken letztlich den mechanischen Halt der kompletten Dichtmanschette 200 am Stator 120 und im Motor 100. Die zweiten, weichen und bspw. elastisch verformbaren Komponenten 212, 222 sorgen für eine Abdichtung zu den Spulen 121 zur Vermeidung von Kühlmittelleckage. Im Unterschied hierzu sind herkömmliche Dichtmanschetten typischerweise durch einen homogenen Aufbau gekennzeichnet und bestehen aus einem einkomponentigen Werkstoff, bspw. aus einem thermoplastischen oder duroplastischen Kunststoff oder auch aus einem verstärktem Kunststoff.
Wie einleitend beschrieben, soll das Kühlmittel entlang des mäanderförmigen Kühlmittelpfades 140 um die Zähne 122 und die darauf aufgebrachten Spulen 121 geführt werden. Dies ist bspw. aus 6 ersichtlich. Hierzu sollen die Dichtringe 210, 220 mit ihren entsprechenden axialen Oberflächen mit den Spulen 121 an bestimmten Abdichtstellen 125 derart in Kontakt sein, dass an diesen bestimmten Abdichtstellen 125 kein Kühlmittel durchtreten kann. Dies bewirkt, dass das Kühlmittel einen anderen Weg entlang der Vielzahl von Spulen 121 bzw. Zähnen 122 nehmen muss, wodurch im Zusammenspiel damit, dass an anderen Stellen ein Kühlmitteldurchfluss möglich ist, letztlich der gewünschte Kühlmittelpfad 140 gebildet wird. Zumindest entsprechend den bestimmten Abdichtstellen 125 sind nun auf die harte, erste Komponente 211, 221 Dichtungsabschnitte 212', 222' der zweiten, weichen Komponente 212, 222 aufgebracht. Beim Einbau der aus den beiden Dichtringen 210, 220 bestehenden Dichtmanschette 200 in die Maschine 100 bzw. an den Stator 120 liegen zum Einen wie bereits erwähnt die radial inneren 210i, 220i bzw. äußeren Bereiche 210a, 220a der Dichtringe 210, 220 an den Zahnköpfen 122a bzw. Zahnfüßen 122c an und verhindern damit, dass Kühlmittel aus dem Statorsystem 120 austritt. Zum Anderen drücken die Dichtungsabschnitte 212', 222' der zweiten Komponenten 212, 222 an den bestimmten Abdichtstellen an die dort befindlichen Spulen 121, wobei sich die zweiten Komponenten 212 dort aufgrund ihrer Elastizität an die äußere Form der Spulen 121 anpassen.
Dies ist in den 4, 5 schematisch dargestellt. Die 4 zeigt die Situation mit einer herkömmlichen Dichtmanschette H200 mit harten Dichtringen H210, H220. Dort ergeben sich zwischen den Dichtringen H210, H220 und der Spule 121 bzw. deren Windungen Freiräume, von denen einige mit Bezugszeichen 129 gekennzeichnet sind. Durch diese Freiräume 129 kann das Kühlmittel hindurchtreten, so dass es zur eingangs erwähnten Kühlmittelleckage kommen kann. Die 5 zeigt die erfindungsgemäße Situation, bei der jeder der beiden Dichtringe 210, 220 eine erste, harte Komponente 211, 221 sowie eine zweite, weiche Komponente 212, 222 aufweist. Der in 5 dargestellte Schnitt zeigt desweiteren, dass nicht für jeden Zahn 122 an beiden Dichtringen 210, 220 zweite Komponenten 212 bzw. 222 vorgesehen sind, sondern jeweils nur an einem der Dichtringe - im dargestellten Fall am ersten Dichtring 210. Dies wird im Folgenden noch näher erläutert und dient letztlich dazu, den mäanderförmigen Kühlmittelpfad zu erzeugen. Die weiche Komponente 212 bzw. ggf. 222 kann sich aufgrund ihrer Elastizität ideal an die Spule 121 anpassen, so dass die in 4 noch vorhandenen Freiräume 129 auf der Seite des ersten Dichtringes 210 nicht mehr vorhanden sind.
Diese Anpassung bewirkt eine wesentlich verbesserte Abdichtung an diesen Abdichtstellen, so dass dort kein Kühlmittel zwischen der jeweiligen zweiten Komponente 212, 222 und der entsprechenden Spule 121, an der sie anliegt, durchtreten kann. Zumindest die Dichtungsabschnitte 212', 222' der zweiten Komponenten 212, 222 dienen also dazu, die einleitend erläuterten Leckagen an den jeweiligen Abdichtstellen der Dichtringe 210, 220 zu den Spulen 121 zu verhindern, da diese Leckagen zu fluiddynamischen Bypässen und damit zu Verlusten im optimalen Kühlungsverlauf führen würden, was eine Einschränkung der Kühlleistung zur Folge hätte.
Die Orte der Abdichtstellen sind durch entsprechende Positionierung der Dichtungsabschnitte 212', 222' an den Dichtringen 210, 220 insbesondere so gewählt, dass sich der mäanderförmige Kühlmittelpfad ergibt. Hierzu sind die tangentialen Positionen der Spulen bzw. Spulen 121 und der Abdichtstellen aufeinander abgestimmt, d.h. ein jeweiliger Dichtungsabschnitt 212', 222' der zweiten Komponenten 212, 222 soll am jeweiligen Dichtring 210, 220 derart positioniert sein, dass er zum Einen wie oben beschrieben in Kontakt mit einer Spule 121 kommen kann, um die Abdichtung zu bewirken, wenn der jeweilige Dichtring 210, 220 eingebaut ist. Zum Anderen gilt jedoch für einen jeweiligen Dichtring 210, 220, dass nicht für jede Spule 121 ein Dichtungsabschnitt 212', 222' der zweiten Komponenten 212, 222 vorgesehen ist, sondern lediglich für jede n-te Spule 121. Dabei ist insbesondere n=2 vorzuziehen und es wird im Folgenden exemplarisch von n=2 ausgegangen.
Die Dichtungsabschnitte 212' sind am ersten Dichtring 210 so positioniert und der erste Dichtring 210 ist so am Stator 120 angebracht, dass in der tangentialen Richtung T gesehen nur bei jeder n-ten Spule 121 mit n=2 ein Dichtungsabschnitt 212' und damit jeweils eine Abdichtstelle 125 liegt. Der erste Dichtring 210 weist an den Orten, die denjenigen Spulen 121 zugeordnet sind, die zwischen diesen so geschaffenen Abdichtstellen 125 liegen, konsequenterweise keine Dichtungsabschnitte 212' auf. Bspw. für den Fall, dass der Stator 120 n121 Spulen 121 umfasst, würde der erste Dichtring n212' Dichtungsabschnitte 212' umfassen mit n212' = n121 / n = n121 / 2. Desweiteren darauf aufbauend, dass der Stator 120 ein Koordinatensystem definiert, wobei die Spulen 121 bzgl. der Rotationsachse bei Winkeln α121(k)=k*360°/n121 mit k=1,...,n121 liegen, sind die Dichtungsabschnitte 212' der zweiten Komponente 212 des ersten Dichtringes 210 bei am Stator 120 befestigtem ersten Dichtring 210 in diesem Koordinatensystem bei Winkeln α212'(1)=1*360°/n212' mit 1=1,..., n212' positioniert, also wegen n212'=n121/2 bei jeder zweiten Spule 121.
Der zweite Dichtring 220 ist letztlich identisch zum ersten Dichtring 210 aufgebaut, jedoch um einen Winkel β=360°/n121 gegenüber dem ersten Dichtring 210 verdreht am Stator 120 angeordnet. Im Detail bedeutet das zunächst wie beim ersten Dichtring 210, dass die Dichtungsabschnitte 222' am zweiten Dichtring 220 so positioniert sind und der zweite Dichtring 220 so am Stator 120 angebracht ist, dass in der tangentialen Richtung T gesehen ebenfalls nur bei jeder n-ten Spule 121 mit n=2 ein Dichtungsabschnitt 222' und damit jeweils eine Abdichtstelle 125 liegt. Auch der zweite Dichtring 220 weist an Orten, die denjenigen Spulen 121 zugeordnet sind, die zwischen diesen so geschaffenen Abdichtstellen 125 liegen, konsequenterweise keine Dichtungsabschnitte 222' auf. Wieder bspw. für den Fall, dass der Stator 120 n121 Spulen 121 umfasst, würde auch der zweite Dichtring n222' Dichtungsabschnitte 222' umfassen mit n222'=n121/n=n121/2=n212'. Desweiteren wieder darauf aufbauend, dass der Stator 120 ein Koordinatensystem definiert, wobei die Spulen 121 bzgl. der Rotationsachse nach wie vor bei Winkeln α121(k)=k*360°/n121 mit k=1,...,n121 liegen, sind die Dichtungsabschnitte 222' der zweiten Komponente 222 des zweiten Dichtringes 220 bei am Stator 120 befestigtem zweiten Dichtring 210 aufgrund der Verdrehung um den Winkel β=360°/n121 bei Winkeln α222' (1) =β+1*360°/n222' mit 1=1,...,n212 ‚positioniert, also wieder wegen n222‘=n121/2 bei jeder zweiten Spule 121, jedoch wegen des Versatzes Winkel β gerade bei denjenigen Spulen 121, an denen kein Dichtungsabschnitt 212' der zweiten Komponente 212 des ersten Dichtringes 210 positioniert ist.
Die Dichtringe 210, 220 sind demnach insbesondere hinsichtlich der jeweiligen Positionierungen der Dichtungsabschnitte 212', 222' der zweiten Komponenten 212, 222 derart aufgebaut und so am Stator 120 positioniert, dass wenn an einer Spule 121(k) ein Dichtungsabschnitt 212' der zweiten Komponente 212 des ersten Dichtringes 210 anliegt, an der dieser Spule 121(k) benachbarten Spule 121(k+1) ein Dichtungsabschnitt 222' der zweiten Komponente 222 des zweiten Dichtringes 220 anliegt und umgekehrt. An keiner der Spulen 121 liegen die Dichtungsabschnitte 212', 222' beider Dichtringe 210, 220 an. Dieses Konstrukt hat zur Folge, dass der bereits mehrfach erwähnte mäanderförmige Kühlmittelpfad 140 gebildet werden kann. Dies ist in der 6 veranschaulicht, wobei dort eine in radialer Richtung R orientierte Sicht auf einen Schnitt durch die in der 2 bereits dargestellten Statorzähne 122 dargestellt ist. Diese Sicht ist in der 2 mit „VI“ bezeichnet.
Diese Positionierungen und die Aufbauten der Dichtringe 210, 220 werden in 6 dadurch deutlich, dass wie beschrieben erstens der jeweilige Dichtring 210 bzw. 220 nur für jede zweite Spule 121 bzw. dementsprechend für jeden zweiten Zahn 122 einen Dichtungsabschnitt 212', 222' der jeweiligen zweiten Komponente 212, 222 aufweist und zweitens an keiner Spule 121 Dichtungsabschnitte 212', 222' von beiden Dichtringen 210, 220 anliegen. Der mäanderförmige Kühlmittelpfad 140, der in 6 durch die Pfeile gekennzeichnet ist, setzt sich damit aus den bereits im Zusammenhang mit 2 eingeführten Zwischenräumen 141 und den zwischen Spule 121 und erstem 210 bzw. zweitem Dichtring 220 jeweils an den Stellen freigelassenen Bereichen 142 zusammen, an denen keine Dichtungsabschnitte 212' bzw. 222' der zweiten Komponenten 212, 222 der Dichtringe 210, 220 vorgesehen sind.
In der 6 wurde dargestellt, dass die jeweiligen Dichtungsabschnitte 212', 222' in der tangentialen Richtung T gesehen in der Mitte der jeweiligen Spule 121 bzw. des jeweiligen Statorzahns 122 angeordnet sind. Davon ausgehend, dass der Gesamt-Kühlmittelstrom unter dem Strich in der positiven tangentialen Richtung T verläuft, d.h. in 6 von links nach rechts, wäre es denkbar, die Dichtungsabschnitte 212', 222' aus der Position der jeweiligen Mitte der Statorzähne 122 heraus in einer Richtung entgegen dem Gesamt-Kühlmittelstrom zu verschieben. Dies ist in 7 angedeutet. Hierdurch wird verhindert, dass es an den in 6 mit dem Bezugszeichen 149 gekennzeichneten Stellen zu Kühlmittelstauungen kommt, da diese Stellen in der Ausbildung gemäß 7 nicht vorhanden sind.
Eine Alternative hierzu wird in 8 gezeigt. Dort sind die ersten Dichtungsabschnitte 212', 222' derart gewählt bzw. dimensioniert, dass ihre Erstreckungen in der tangentialen Richtung T den Erstreckungen der Spulen 121 in der tangentialen Richtung T entsprechen. Hierdurch wird sicher gestellt, dass es auf denjenigen Seiten des Stators 120, auf denen ein Dichtungsabschnitt 212', 222' an einer jeweiligen Spule 121 anliegt, keine
Die 9-12, die eine erste Ausführungsform der Dichtmanschette 200 bzw. der Dichtringe 210, 220 betreffen, zeigen stellvertretend für beide Dichtringe 210, 220 der Dichtmanschette 200 den ersten Dichtring 210. Die 9, in der wieder der Übersichtlichkeit wegen nur einige wenige Bauteile mit Bezugszeichen versehen sind, zeigt eine axiale Sicht auf den ersten Dichtring 210. Zur weiteren Verdeutlichung der Verhältnisse zwischen den Positionen der Dichtungsabschnitte 212' und der Spulen 121 des Stators 120 sind in 9 auch die Spulen 121 mit gestrichelten Linie angedeutet. Die Spulen 121 sind aber natürlich nicht Teil des Dichtringes 210 bzw. der Dichtmanschette 200. Rein exemplarisch weist die zweite Komponente 212 des ersten Dichtringes 210 im dargestellten Fall n212'=18 Dichtungsabschnitte 212' auf. Konsequenterweise sind dieser erste Dichtring 210 und der äquivalent ausgebildete zweite Dichtring 220 für einen Stator 120 vorgesehen, welcher n121=2*n212'=36 Statorzähne 122 mit jeweils einer Spule 121 aufweist.
Wie in 9 und insbesondere in 12 deutlich wird, erstrecken sich die Dichtungsabschnitte 212' in der ersten Ausführungsform in der radialen Richtung R nicht über die gesamte erste Komponente 211 des ersten Dichtringes 210. Die Dichtungsabschnitte 212' lassen dagegen die radial inneren Bereiche 210i und die radial äußeren Bereiche 210a des ersten Dichtringes 210 aus, mit denen wie oben bereits beschrieben der erste Dichtring 210 im eingebauten Zustand an den Zahnköpfen 122a bzw. an den Zahnfüßen 122c anliegen. Konsequenterweise entsprechen die radialen Erstreckungen r212' der Dichtungsabschnitte 212' der zweiten Komponente 212 des ersten Dichtringes 210 den radialen Erstreckungen r122b der Zahnhälse 122b.
Die 10 verdeutlicht, dass der Dichtring 210 in den Bereichen, in denen keine Dichtungsabschnitte 212' vorgesehen sind, lediglich die erste Komponente 211 aufweist.
Wie bereits angedeutet ist der zweite Dichtring 120 äquivalent bzw. identisch zum ersten Dichtring 210 ausgebildet. Die obige Beschreibung bezüglich der 9-12 ist also mit entsprechend angepassten Bezugszeichen und ggf. Begriffen analog auf den zweiten Dichtring 120 übertragbar.
Die 13-16 betreffen eine zweite Ausführungsform der Dichtmanschette 200 bzw. der Dichtringe 210, 220. Hier ist wieder stellvertretend für beide Dichtringe 210, 220 der Dichtmanschette 200 der erste Dichtring 210 dargestellt. Im Unterschied zur ersten Ausführungsform, in der die zweite, weiche Komponente 212 nur die Dichtungsabschnitte 212' umfasst, welche im zusammengebauten Zustand direkt an den Spulen 121 anliegen sollen, ist in der hier dargestellten zweiten Ausführungsform vorgesehen, dass die weiche, zweite Komponente 212 zusätzlich zu diesen ersten Abschnitten 212' weitere Dichtungsabschnitte 212" umfasst, die im Wesentlichen ringförmig und in denjenigen Bereichen 210a, 210i des Dichtringes 210 ausgebildet sind, die im eingebauten Zustand an den Zahnköpfen 122a bzw. an den Zahnfüßen 122c anliegen. Die ersten Dichtungsabschnitte 212' erstrecken sich in radialer Richtung zwischen den weiteren Abschnitten 212".
Die 14-16 zeigen die in der 11 mit „XIV“, „XV“, „XVI“ gekennzeichneten Schnitte, aus denen die Anordnung insbesondere der Dichtungsabschnitte 212', 212" zweiten Komponente 212 verdeutlicht werden. Insbesondere aus 16 wird klar, dass sich die zweite Komponente 212 in der zweiten Ausführungsform, anders als in der ersten Ausführungsform, in der radialen Richtung über den gesamten Dichtring 210 und nicht nur zwischen dem radial inneren Bereich 210i und dem radial äußeren Bereich 210a erstreckt.
Die 17 zeigt schließlich eine perspektivische Darstellung des Dichtringes 210 bzw. 220, wobei die jeweilige flache, erste Komponente 211, 221 im Hintergrund liegt und auf die erste Komponente 211, 221 die zweite Komponente 212, 222 gemäß der zweiten Ausführungsform aufgebracht ist, so dass sie quasi dem Betrachter zugewandt ist. Der Übersichtlichkeit wegen sind auch hier nur einige Teil mit Bezugszeichen versehen.
Die Dichtungsabschnitte 212' bzw. 222' können ggf. bspw. gemeinsam mit den weiteren Abschnitten 212", 222" mittels eines Spritzgussverfahrens auf die jeweilige harte, erste Komponente 211, 221 aufgebracht sein. Alternativ kann der jeweilige Dichtring 210, 220 als Ganzes aus einem die erste Komponente 211, 221 bildenden partiell harten und einem die zweite Komponente 212, 222 bildenden partiell weichen Elastomer hergestellt werden. Auch additive Fertigungsverfahren wären zur Herstellung der zweikomponentigen Dichtringe 210, 220 einsetzbar.
Bezugszeichenliste

100: elektrische Maschine, Elektromotor
110: Rotor
111: Rotorgrundkörper
112: zweites magnetisches Mittel, Permanentmagnet
120: Stator
121: erstes magnetisches Mittel, Spule
122: Statorzahn
123: Statorring
122a: Zahnkopf
122b: Zahnhals
122c: Zahnfuß
124: Dichtung
125: Abdichtstelle
129: Freiraum
130: Welle
140: Kühlmittelpfad
141: Zwischenraum
149: Kühlmittelstauung
200: Dichtmanschette
210: erster Dichtring
210a, 220a: radial äußerer Bereich
210i, 220i: radial innerer Bereich
211, 221: erste, harte Komponente
212, 222: zweite, weiche Komponente
212', 222': erste Dichtungsabschnitte
212", 222": weitere Dichtungsabschnitte
220: zweiter Dichtring
H200: herkömmliche Dichtmanschette
H210, H220: Dichtringe

Claims

Dichtring (210, 220) einer Dichtmanschette (200) für einen eine Vielzahl n121 von Spulen (121) und Statorzähnen (122) aufweisenden Stator (120) einer elektrischen Maschine (100), wobei der Dichtring (210, 220) eine erste, im Wesentlichen harte Komponente (211, 221) und eine auf einer ersten axialen Oberfläche der ersten Komponente (211, 221) aufgebrachte zweite, verformbare Komponente (212, 222) aufweist.
Dichtring (210, 220) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die zweite Komponente (121, 222) erste Dichtungsabschnitte (212', 222') umfassst, die entlang einer tangentialen Richtung T verteilt und bestimmte Winkelabstände zueinander aufweisend auf der ersten axialen Oberfläche angeordnet sind.
Dichtring (210, 220) nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass in tangentialer Richtung T gesehen die Winkelabstände zwischen den Mitten zweier benachbarter erster Dichtungsabschnitte (212', 222') 360°/n212' betragen, wobei n212' die Anzahl der ersten Dichtungsabschnitte (212', 222') angibt und wobei gilt n212'=n121/N, wobei n121 die Anzahl der Spulen des Stators angibt und N≥2 gilt, vorzugsweise N=2.
Dichtring (210, 220) nach einem der Ansprüche 2 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Dichtring (210, 220) einen radial äußeren Bereich (210a) sowie einen radial inneren Bereich (210i) aufweist, wobei sich die ersten Dichtungsabschnitte (212', 222') in radialer Richtung R zwischen den beiden Bereichen (210a, 210i) erstrecken.
Dichtring (210, 220) nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass - die radiale Erstreckung eines der beiden Bereiche (210a, 210i) des Dichtringes (210, 220) einer radialen Dicke eines jeweiligen Zahnfußes (122c) der Statorzähne (122) entspricht, - die radiale Erstreckung des anderen der beiden Bereiche (210i, 210a) des Dichtringes (210, 220) einer radialen Dicke eines jeweiligen Zahnkopfes (122a) der Statorzähne (122) entspricht - ein radialer Abstand zwischen den beiden Bereichen (210a, 210i) einer radialen Erstreckung eines jeweiligen Zahnhalses (122b) der Statorzähne (122) entspricht.
Dichtring (210, 220) nach einem der Ansprüche 4 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die zweite Komponente (212, 222) weitere Dichtungsabschnitte (212", 222") umfassst, wobei - zumindest ein erster der weiteren Dichtungsabschnitte (212", 222") im radial äußeren Bereich (210a) der ersten axialen Oberfläche der ersten Komponente (211) aufgebracht ist und ein zweiter der weiteren Dichtungsabschnitte (212", 222") im radial inneren Bereich (210i) der ersten axialen Oberfläche der ersten Komponente (211) aufgebracht ist, - die weiteren Dichtungsabschnitte (212", 222") kreisringförmig und koaxial zueinander sind, - die ersten Dichtungsabschnitte (212', 222') in der radialen Richtung R zwischen dem ersten und dem zweiten weiteren Dichtungsabschnitt (212", 222") verlaufen.
Dichtring (210, 220) nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die ersten (212', 222') und die weiteren Dichtungsabschnitte (212", 222") ineinander übergehen.
Dichtring (210, 220) nach einem der Ansprüche 2 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die ersten Dichtungsabschnitte (212', 222') eine Erstreckung in der tangentialen Richtung T aufweisen, die zumindest einer tangentialen Erstreckung eines jeweiligen Statorzahnes (122) entspricht.
Dichtmanschette (200) für einen eine Vielzahl n121 von Spulen (121) und Statorzähnen (122) aufweisenden Stator (120) einer elektrischen Maschine (100), wobei - die Dichtmanschette (200) einen ersten Dichtring (210) nach einem der Ansprüche 1 bis 8 und einen zweiten Dichtring (220) nach einem der Ansprüche 1 bis 8 aufweist, - der erste (210) und der zweite Dichtring (220) derart koaxial zueinander angeordnet sind, dass die ersten axialen Oberflächen der ersten Komponenten der beiden Dichtringe (210, 220) und die zweiten Komponenten (212, 222) der beiden Dichtringe (210, 220) einander zugewandt sind, - der erste Dichtring (210) gegenüber dem zweiten Dichtring (220) um einen Winkel β=360°/n121 verdreht ist.
Dichtmanschette (200) nach Anspruch 9, wobei - die zweite Komponente (212, 222) eines jeden Dichtringes (210, 220) jeweils eine Vielzahl von ersten Dichtungsabschnitten (212', 222') umfassst, die entlang einer tangentialen Richtung T verteilt und bestimmte Winkelabstände zueinander aufweisend auf der jeweiligen ersten axialen Oberfläche der ersten Komponente (211, 221) eines jeweiligen Dichtringes (210, 220) angeordnet sind, - die ersten Dichtungsabschnitte (212') der zweiten Komponente (212) des ersten Dichtringes (210) bei Winkeln α212'(1)=1*360°/n212' mit 1=1,..., n212' angeordnet sind, wobei n212' die Anzahl der ersten Dichtungsabschnitte (212') der zweiten Komponente (212) des ersten Dichtringes (210) angibt, - die ersten Dichtungsabschnitte (222') der zweiten Komponente (222) des zweiten Dichtringes (220) bei Winkeln α222' (1)=β+1*360°/n222' mit l=1, ..., n222' angeordnet sind, wobei n222' die Anzahl der ersten Dichtungsabschnitte (222') der zweiten Komponente (222) des zweiten Dichtringes (220) angibt.
Stator (120) für eine elektrische Maschine (100), aufweisend eine Vielzahl n121 von Spulen (121), die in tangentialer Richtung T gesehen hintereinander angeordnet sind, sowie eine Dichtmanschette (200) nach Anspruch 9, wobei die Dichtmanschette (200) am Stator (120) derart angeordnet ist, dass zumindest erste Dichtungsabschnitte (212', 222') der zweiten Komponenten (212, 222) der Dichtringe (210, 220) der Dichtmanschette (200) jeweils an bestimmten Spulen (121) der Vielzahl von Spulen (121) anliegen, wobei sich bei aneinander anliegenden Spulen (121) und zweiten Komponenten (212', 222') jeweils die der Spule (121) zugewandte Oberfläche des ersten Dichtungsabschnitts (212', 222') der zweiten Komponente (212, 222) aufgrund der Verformbarkeit der zweiten Komponente (212, 222) an die diesem Dichtungsabschnitt (212', 222') der zweiten Komponente (212, 222) zugewandte Oberfläche der Spule (121) anpasst.
Stator (120) nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass - an jeder N-ten Spule (121) des Stators (120) mit N≥2, insbesondere N=2, erste Dichtungsabschnitte (212') der zweiten Komponente (212) des ersten Dichtringes (210) anliegen, nicht aber erste Dichtungsabschnitte (222') der zweiten Komponente (222) des zweiten Dichtringes (220), - an den übrigen Spulen (121) des Stators (120) erste Dichtungsabschnitte (222') der zweiten Komponente (222) des zweiten Dichtringes (220) anliegen, nicht aber erste Dichtungsabschnitte (212') der zweiten Komponente (212) des ersten Dichtringes (210).
Stator (120) nach einem der Ansprüche 11 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass bei einer Spule (121), an der einer der ersten Dichtungsabschnitte (212', 222') der zweiten Komponente (212, 222) eines der beiden Dichtringe (210, 220) anliegt, ein insbesondere für eine Kühlflüssigkeit zum Kühlen des Stators (120) durchlässiger Zwischenraum (142) zwischen der jeweiligen Spule (121) und der ersten Komponente (221, 211) des jeweils anderen Dichtringes (220, 210) vorliegt, so dass die Kühlflüssigkeit in der tangentialen Richtung durch den jeweiligen Zwischenraum (142) an der jeweiligen Spule (121) vorbei zur nächsten, der jeweiligen Spule 8121) benachbarten Spule (121) strömen kann.
Stator (121) nach einem der Ansprüche 11 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass - die Spulen (121) bei Winkeln α121(k)=k*360°/n121 mit k=1,...,n121 angeordnet sind, - die zweite Komponente (212, 222) eines jeden Dichtringes (210, 220) jeweils eine Vielzahl von ersten Dichtungsabschnitten (212', 222') umfassst, die entlang einer jeweiligen tangentialen Richtung T verteilt auf der ersten axialen Oberfläche der ersten Komponente (211, 221) eines jeweiligen Dichtringes (210, 220) angeordnet sind, - die ersten Dichtungsabschnitte (212') der zweiten Komponente (212) des ersten Dichtringes (210) bei Winkeln α212'(1)=1*360°/n212' mit I=1,..., n212' angeordnet sind, wobei n212' die Anzahl der ersten Dichtungsabschnitte (212') des ersten Dichtringes (210) angibt, - die ersten Dichtungsabschnitte (222') der zweiten Komponente (222) des zweiten Dichtringes (220) bei Winkeln α222' (I)=β+1*360°/n222' mit l=1, ..., n222' angeordnet sind, wobei n222' die Anzahl der ersten Dichtungsabschnitte (222') des zweiten Dichtringes (220) angibt und wobei β=360°/n121 eine Verdrehung des zweiten Dichtringes (220) gegenüber dem ersten Dichtring (210) beschreibt, wobei gilt - n212'=n222'=n121/2.