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Die Erfindung betrifft eine Kühlanordnung für ein wärmeerzeugendes rotierendes Bauteil einer elektrischen Maschine umfassend eine drehbar gelagerte Rotorwelle, welche sich in einer axialen Richtung um eine Drehachse erstreckt, wobei die Rotorwelle eine sich in axialer Richtung erstreckende Rotorwellenaußenseite und in der axialen Richtung endseitig eine erste Stirnseite und eine zweite Stirnseite aufweist. Ferner betrifft die Erfindung eine elektrische Maschine und ein Verfahren für eine elektrische Maschine.
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Elektrische Maschinen mit einem Rotor, welche drehbar um eine Rotorwelle gelagert sind, sowie einem Stator, erwärmen sich während der Energiewandlung von elektrischer in mechanische Energie und umgekehrt. Zu Erhöhung des Wirkungsgrades solcher elektrischen Maschinen und um die elektrischen Maschinen mit höheren Leistungen betreiben zu können, ist es notwendig, diese zu kühlen. Es ist bekannt, die Rotorwellen solcher elektrischen Maschinen als Hohlwellen auszubilden, durch welche ein Kühlmedium ein und durchströmen kann. Andere Lösungen sehen ein System vor, bei der die Rotorwelle Bohrungen zur Kühlung aufweisen.
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Die
DE 10 2017207056 A1 offenbart eine elektrische Maschine, umfassend einen Stator einen mit dem Stator magnetisch wirkenden Rotor, wobei der Rotor um eine Drehachse drehbar gelagert ist, eine Welle auf welcher der Rotor befestigt ist, wobei die Welle als Hohlwelle ausgebildet ist, wobei die Welle einen Abschnitt aufweist der als Strangpressprofil ausgebildet ist und wobei die Welle ein erstes Wellenende und ein zweites Wellenende aufweist, als Strangpressprofil zumindest einen Kühlkanal aufweist, durch welchen ein Kühlmedium strömen kann.
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Die
DE 10 2012203697 A1 offenbart eine elektrische Maschine, insbesondere Asynchronmaschine, umfassend einen Stator, einen um eine drehbar gelagerten Rotor, der im Betrieb der elektrischen Maschine mit dem Stator magnetisch zusammenwirkt, eine Welle, auf der der Rotor befestigt ist und die eine axiale Bohrung aufweist, ein Zuflusselement, das sich so in die axiale Bohrung erstreckt, dass ein Kühlschmiermittel, insbesondere eine Kühlflüssigkeit, aus dem Zuflusselement in die axiale Bohrung fließen kann.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine gegenüber dem Stand der Technik verbesserte Kühlanordnung zur Kühlung einer elektrischen Maschine und eine elektrische Maschine mit einer solchen Kühlanordnung als auch ein Verfahren anzugeben.
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Diese Aufgabe wird durch die Angabe einer Kühlanordnung mit den Merkmalen des Anspruchs 1 sowie der Angabe einer elektrischen Maschine mit den Merkmalen des Anspruchs 14 gelöst. Ferner wird die Aufgabe gelöst durch die Angabe eines Verfahrens mit den Merkmalen des Anspruchs 15.
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In den Unteransprüchen sind weitere vorteilhafte Maßnahmen aufgelistet, die geeignet miteinander kombiniert werden können, um weitere Vorteile zu erzielen.
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Die Aufgabe wird gelöst durch eine Kühlanordnung für ein wärmeerzeugendes rotierendes Bauteil einer elektrischen Maschine umfassend
eine drehbar gelagerte Rotorwelle, welche sich in einer axialen Richtung um eine Drehachse erstreckt, wobei die Rotorwelle eine sich in der axialen Richtung erstreckende Rotorwellenaußenseite und in der axialen Richtung endseitig eine erste Stirnseite und eine zweite Stirnseite aufweist,
eine drehbar gelagerte Hohlwelle, welche koaxial zur Rotorwelle gelagert ist und mit der Rotorwelle drehfest verbunden ist, mit einer zur Rotorwellenaußenseite weisenden Hohlwelleninnenseite und einer dieser gegenüberliegenden Hohlwellenaußenseite, wobei die Hohlwelleninnenseite in einer radialen Richtung beabstandet zur Ausbildung eines Ringspaltes von der Rotorwellenaußenseite angeordnet ist, mindestens einem Kühlkanal für ein Kühlschmiermittel, wobei der mindestens eine Kühlkanal einen Hohlwellenkanal, einen Zufuhrkanal und einen Auslasskanal umfasst,
wobei sich der Hohlwellenkanal zwischen der Hohlwelleninnenseite und der Hohlwellenaußenseite in axialer Richtung erstreckt, und wobei der Zufuhrkanal in den Hohlwellenkanal einmündet, zum Zuführen des Kühlschmiermittels zu dem Hohlwellenkanal,
und wobei der Auslasskanal sich von dem Hohlwellenkanal bis zu dem Ringspalt erstreckt, zum Auslassen des durch den Hohlwellenkanal durchströmenden Kühlschmiermittels in den Ringspalt.
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Unter axialer Richtung wird dabei eine Richtung entlang der Drehachse verstanden.
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Der Hohlwellenkanal ist dabei vorzugsweise mittig in der Hohlwelle, bevorzugt als zylindrische Bohrung oder als Sacklochbohrungen in der Hohlwelle ausgestaltet, welche koaxial zur Drehachse angeordnet ist. Der Hohlwellenkanal ist dabei zum Durchströmen von Kühlschmiermittel ausgebildet. Der Hohlwellenkanal ist dabei bevorzugt als Durchgangsbohrung oder Sacklochbohrung ausgestaltet.
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Der Zufuhrkanal als auch der Auslasskanal sind jeweils vorzugsweise als zylindrischer Durchgang in der Hohlwelle ausgestaltet. Der Zufuhrkanal als auch der Auslasskanal sind dabei bevorzugt als durchgängige Bohrungen oder als Sacklochbohrungen ausgestaltet. Ferner sind der Zufuhrkanal als auch der Auslasskanal zum Durchströmen von Kühlschmiermittel ausgebildet. Der Zufuhrkanal als auch der Auslasskanal sind ferner bevorzugt als Durchgangsbohrung oder Sacklochbohrung ausgestaltet.
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Die Kühlanordnung ist insbesondere für eine elektrische Maschine geeignet, welche einen wärmeproduzierenden Rotor aufweist, welcher thermisch mit der Hohlwelle verbunden ist. Ferner kann die elektrische Maschine noch einen Stator der im Betrieb mit dem Rotor magnetisch zusammenwirkt aufweisen. Bei Betrieb einer solchen elektrischen Maschine wird der Rotor in Drehung versetzt und erzeugt Abwärme.
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Durch die erfindungsgemäße Kühlanordnung kann Abwärme, welche beispielsweise in dem Rotor, der drehfest mit der Hohlwelle verbunden ist, abgeführt werden. Das durch den Kühlkanal strömende Kühlschmiermittel führt Abwärme von der Hohlwelle weg. Somit können wärmeerzeugende Bauteile gekühlt werden. Als Kühlschmiermittel kann flüssiges Kühlschmiermittel wie Wasser oder Öl oder aber auch Kühlschmiermittel wie Luft verwendet werden, um eine effiziente Kühlung zu erzielen. Die Nähe des Kühlschmiermittels zu den wärmeerzeugenden Bauteilen, ermöglicht einen sehr guten Wärmeabtransport durch das Kühlschmiermittel und somit eine längere Lebensdauer der Bauteile der elektrischen Maschine.
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Ein Kontakt des Kühlschmiermittels mit Teilen von Bauteilen, die im Betrieb elektrischen Strom führen, wird mittels der Erfindung vermieden. Weiterhin wird vermieden, dass das Kühlschmiermittel aufgrund seiner Masse die Drehung der Hohlwelle und der Rotorwelle beeinträchtigt. Dies ist insbesondere dann der Fall, wenn als Kühlschmiermittel eine Kühlflüssigkeit verwendet wird. Ferner kann eine Kühlung auch dann schon erfolgen, wenn die elektrische Maschine nicht im Betrieb ist.
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Vorteilhafterweise erstreckt sich der Hohlwellenkanal in axialer Richtung parallel zur Hohlwellenaußenseite. Dabei bedeutet parallel, dass fertigungsbedingt kleinere Abweichungen vorkommen können. Somit wird die Abwärme von einem beispielsweise Rotor besonders gut abgeführt.
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Vorzugsweise ist die Hohlwelle an ihren jeweiligen Endseiten mit jeweils einem Loslager oder mit einem Festlager und einem Loslager, in einem Gehäuse gelagert.
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In vorteilhafter Ausgestaltung ist der Zufuhrkanal zur ersten Stirnseite hinweisend angeordnet und der Auslasskanal zur zweiten Stirnseite hinweisend angeordnet.
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Vorzugsweise ist ein Geberrad mit einem Verteilerkanal vorgesehen, welches mit einer ersten rotorwellenzugewandten Seite an der ersten Stirnseite der Rotorwelle angeordnet ist und mit dieser drehfest verbunden ist, wobei das Geberrad eine der ersten rotorwellenzugewandten Seite gegenüberliegende rotorwellenabgewandten zweite Seite aufweist und wobei im Geberrad der Verteilerkanal für den Kühlschmierstoff angeordnet ist, und wobei der Verteilerkanal zur rotorwellenabgewandten zweiten Seite geöffnet ist.
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Weiterhin vorzugsweise ist das Geberrad mit der Hohlwelle drehfest verbunden. Der Verteilerkanal kann beispielsweise mittels einer Bohrung hergestellt sein. Somit kann von der zweiten Seite Kühlschmiermittel in das Geberrad eingebracht werden. Aus dem Verteilerkanal wird das Kühlschmiermittel anschließend auf die bevorzugt mehreren Kühlkanäle aufgeteilt.
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Vorzugsweise weist das Geberrad entlang seines Außenumfangs verschiedene Zähne auf. Dadurch können mittels beispielsweise eines Hall- oder eines Induktivsensors und einem Magneten die durch die Zähne hervorgerufenen Magnetfeldänderungen registriert werden, wodurch Informationen wie Drehzahl und Drehrichtung des Geberrads bzw. der Rotorwelle, mit der das Geberrad drehfest verbunden ist, geliefert werden können.
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Vorzugsweise ist ein drehstarrer Lagerdeckel vorgesehen, welcher an einer rotorwellenabgewandten Seite des Geberrades angeordnet ist und dieses teilweise umfasst, wobei der Lagerdeckel einen sich in axialer Richtung erstreckenden und an den Verteilerkanal angrenzenden Durchgang aufweist,
und wobei ein Hydraulikverbindungselement, insbesondere eine Buchse, und ein Hydraulikelement, insbesondere eine Hydraulikverschraubung, vorgesehen sind, wobei im Durchgang das Hydraulikverbindungselement angeordnet ist, und das Hydraulikelement mit dem Hydraulikverbindungselement verbunden, insbesondere verklemmt, ist, so dass das Hydraulikelement über das Hydraulikverbindungselement mit dem Verteilerkanal eine Fluidverbindung ausbildet. Insbesondere bevorzugt ist das Hydraulikelement L-förmig ausgebildet. Dadurch können sich in axialer Richtung weitere Bauelemente anschließen. Somit kann als beispielsweise Ölleitung eine Hydraulikölleitung verwendet werden.
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Alternativ ist ein drehstarrer Lagerdeckel vorgesehen, welcher an einer rotorwellenabgewandten Seite des Geberrades angeordnet ist, wobei der Lagerdeckel einen durchgängigen L-förmigen Lagerdeckelkanal, insbesondere eine Lagerdeckelbohrung aufweist, welche mit dem Verteilerkanal fluidverbunden ist, so dass ein Einströmen des Kühlschmierstoffes über den Lagerdeckelkanal in den Verteilerkanal bewerkstelligbar ist.
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Zur besseren Einströmung von Kühlschmiermittel beispielsweise Öl kann in der Lagerdeckelbohrung eine Hydraulikverschraubung angeordnet sein.
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Somit kann das Kühlschmiermittel über den Lagerdeckel in den Verteilerkanal einströmen. Vorzugsweise ist eine ringförmige Aussparung vorgesehen, welche zwischen dem Lagerdeckel und dem Geberrad angeordnet ist. Weiter vorzugsweise ist in der ringförmigen Aussparung eine ringförmige Abdichtung angeordnet. Die Abdichtung verhindert das Austreten von Kühlschmiermittel zwischen dem Geberrad und dem Lagerdeckel. Die Abdichtung kann dabei als Radialdichtung oder als Dichtung mit einem Prellblech ausgebildet sein.
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Bevorzugt umfasst der Zufuhrkanal einen ersten Zufuhrkanalabschnitt und einen direkt an den ersten Zufuhrkanalabschnitt angrenzenden zweiten Zufuhrkanalabschnitt, wobei der erste Zufuhrkanalabschnitt sich von dem Verteilerkanal des Geberrades bis zu dem zweiten Zufuhrkanalabschnitt erstreckt und der zweite Zufuhrkanalabschnitt sich von dem ersten Zufuhrkanalabschnitt zu dem Hohlwellenkanal erstreckt, so dass ein Einströmen des Kühlschmiermittels von dem Verteilerkanal über den ersten Zufuhrkanalabschnitt und den zweiten Zufuhrkanalabschnitt in den Hohlwellenkanal bewerkstelligbar ist.
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Dabei heißt erstreckt, dass der erste Zufuhrkanalabschnitt und der zweite Zufuhrkanalabschnitt so aneinandergrenzen, dass das Kühlschmiermittel vom ersten Zufuhrkanalabschnitt in den zweiten Zufuhrkanalabschnitt fließen/strömen kann. Somit ist ein einfaches Zuführen von Kühlschmiermittel zu dem Hohlwellenkanal möglich. Bereits beim Durchströmen des Zufuhrkanals nimmt das Kühlschmiermittel dabei Abwärme vom beispielsweise Rotor auf, so dass auch hier ein Wärmeabtransport stattfindet.
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Vorzugsweise ist der Zufuhrkanal als eine durchgängige Bohrung durch das Geberrad und die Hohlwelle ausgestaltet, wobei die Bohrung den Hohlwellenkanal in einem ersten Schnittpunkt schneidet, so dass ein Einströmen des Kühlschmiermittels von dem Zufuhrkanal in den Hohlwellenkanal bewerkstelligbar ist, wobei die durchgängige Bohrung eine Dichtung, vorzugsweise einen Dichtstopfen aufweist, so dass ein Kühlschmiermittelaustritt an der Hohlwellenaußenseite vermeidbar ist.
Die Bohrung weist somit in Nähe der Hohlwellenaußenwand die Dichtung auf, so dass das gesamte, in den Zufuhrkanal einströmende Kühlschmiermittel in den Hohlwellenkanal geleitet wird und kein Kühlschmiermittelaustritt an der Hohlwellenaußenseite stattfindet. Somit kann ein einfaches Herstellen des Zufuhrkanals bewerkstellig werden. Alternativ kann der zweite Zufuhrkanalabschnitt auch als Sacklochbohrung ausgeführt sein. Dann kann auf einen Dichtstopfen verzichtet werden.
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Vorzugsweise dient der erste Schnittpunkt damit als Umlenkung. Somit ist ein einfaches Umlenken des Kühlschmiermittels zu bewerkstelligen.
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Vorteilhafterweise schneidet der Zufuhrkanal den Hohlwellenkanal in dem ersten Schnittpunkt in einem stumpfen Winkel. Somit kann das durch den Zufuhrkanal in den Hohlwellenkanal einströmende Kühlschmiermittel eine möglichst turbulenzfreie Strömung ausbilden.
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Vorzugsweise ist der Auslasskanal als eine durchgängige Bohrung durch die Hohlwelle ausgestaltet, wobei die Bohrung den Hohlwellenkanal in einem zweiten Schnittpunkt schneidet, so dass ein Einströmen des Kühlschmiermittels von dem Hohlwellenkanal über den Auslasskanal in den Ringspalt bewerkstelligbar ist und wobei die durchgängige Bohrung eine Dichtung, vorzugsweise einen Dichtstopfen aufweist, so dass ein Kühlschmiermittelaustritt an der Hohlwellenaußenseite vermeidbar ist. Dadurch ist ein einfaches Herstellen des Auslasskanals möglich. Alternativ kann der Auslasskanal auch als Sacklochbohrung ausgeführt sein. Dadurch kann auf einen Dichtstopfen verzichtet werden.
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Bevorzugt ist somit über den zweiten Schnittpunkt ein Einströmen des Kühlschmiermittels von dem Hohlwellenkanal in den Auslasskanal und anschließend in den Ringspalt bewerkstelligbar. Der zweite Schnittpunkt dient damit als Umlenkung. Somit ist ein einfaches Umlenken des Kühlschmiermittels zu bewerkstelligen.
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In vorteilhafter Ausgestaltung schneidet der Auslasskanal den Hohlwellenkanal in dem zweiten Schnittpunkt in einem stumpfen Winkel. Somit kann das durch den Hohlwellenkanal in den Auslasskanal einströmende Kühlschmiermittel eine möglichst turbulenzfreie Strömung ausbilden.
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Vorzugsweise sind mehrere Kühlkanäle vorgesehen, welche in äquidistanten Abstand über einen Umfang der Hohlwelle verteilt sind. Dabei heißt mehrere mindestens zwei Kühlkanäle. Somit kann eine gleichmäßige Wärmeabfuhr, beispielsweise von dem Rotor, erzielt werden.
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Vorzugsweise umfasst die Hohlwellenaußenseite eine zylindrische Mantelfläche, wodurch sich eine gute Wärmeableitung eines an der Hohlwelle koaxial gelagerten wärmeerzeugenden Bauteils ergibt.
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In bevorzugter Ausgestaltung umfasst die Hohlwellenaußenseite eine zylindrische Mantelfläche mit mehreren parallel zueinander angeordneten Längsnuten, welche sich entlang der axialen Richtung erstrecken. Durch die Längsnuten ergibt sich eine im Wesentlichen sternförmige Form der Hohlwelle. Dadurch entsteht sowohl an einer Kontaktfläche zwischen der Hohlwellenaußenseite und beispielsweise dem Rotor eine gute Wärmeableitung, als auch bei den Längsnuten durch Wärmestrahlung eine gute Wärmeabgabe an das Kühlschmiermittel.
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Vorteilshafterweise ist eine Innenseite des Hohlwellenkanals und/oder des Zufuhrkanals und/oder des Auslasskanals strukturiert und/oder beschichtet. Vorzugsweise ist die Struktur eine Rillenstruktur. Somit kann eine laminare Strömung ausgebildet werden. Turbulenzen, welche die Drehung der Rotorwelle und der Hohlwelle stören können, werden somit vermieden. Somit kann eine effizientere Kühlung erzielt werden.
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Vorzugsweise ist zwischen dem Geberrad und dem Lagerdeckel eine radiale Aussparung vorgesehen. Weiterhin bevorzugt ist in dieser Aussparung eine Dichtung, beispielsweise ein Radialwellendichtring oder eine Kombination aus Dichtring und Prallblech vorgesehen. Somit kann ein Ausströmen des Kühlschmiermittels verhindert werden. Dadurch kann ein Eindringen des Kühlschmiermittels in, beispielsweise das Loslager oder zum Rotor/Stator vermieden werden.
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In bevorzugter Ausgestaltung ist der Hohlwellenkanal als durchgängige Bohrung ausgeführt, wobei die Bohrung an beiden Enden eine Dichtung, vorzugsweise einen Dichtstopfen, aufweist, zur Abdichtung gegen ein endseitiges Herausströmen des Kühlschmiermittels. Alternativ kann die Bohrung als Sacklochbohrung ausgeführt werden. Dadurch kann auf einen der beiden Dichtstopfen verzichtet werden.
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Vorzugsweise ist der Kühlschmierstoff als Öl ausgebildet. Öl eignet sich besonders gut, da es die Abwärme sehr gut aufnehmen kann und sich gleichzeitig als sehr guter Schmierstoff eignet. Darüber hinaus hat Öl den Vorteil, dass es elektrisch nichtleitend ist.
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Vorzugsweise ist ein Gehäuse und ein Kühlschmiermittelsumpf vorgesehen, insbesondere ein Ölsumpf, wobei der Kühlschmiermittelsumpf im Gehäuse angeordnet ist. Um das Kühlschmiermittel von dem Kühlschmiermittelsumpf über Hydraulikleitungen zu dem Lagerdeckel und dem Verteilerkanal zu führen, ist vorzugsweise eine Kühlschmiermittelpumpe, insbesondere eine Hydraulikpumpe in der Kühlschmiermittelleitung vorgesehen. Optional oder alternativ ergänzend kann auch eine Förderpumpe im Kühlschmiermittelsumpf vorgesehen sein.
Innerhalb der Hydraulikleitungen können Wärmetauscher zur Kühlung des Kühlschmiermittels vorgesehen sein, so dass eine bessere Wärmeaufnahme des Kühlschmiermittels und damit eine bessere Wärmeabfuhr von wärmeerzeugenden Bauteilen möglich ist.
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Weiterhin ist ein Rückführungskanal vorgesehen, welcher sich zwischen dem Ringspalt und dem Kühlschmiermittelsumpf erstreckt, zur Rückführung des Kühlschmiermittels aus dem Ringspalt in den Kühlschmiermittelsumpf.
Somit kann das Kühlschmiermittel wieder zur Kühlung verwendet werden. Dadurch ergibt sich ein geschlossener Kühlkreislauf.
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Ferner wird die Aufgabe gelöst durch eine elektrische Maschine mit einer wie oben beschriebenen Kühlanordnung, wobei die elektrische Maschine einen Rotor, welcher koaxial zur Hohlwelle gelagert ist und mit der Hohlwelle drehfest verbunden ist, umfasst. Vorzugsweise ist die drehfeste Verbindung als eine Pressverbindung zwischen dem Rotor und der Hohlwellenaußenseite ausgestaltet. Durch die Verbindung wird im Betrieb Abwärme zur Hohlwelle geleitet, welche durch das in den Kühlkanälen durchströmende Kühlschmiermittel abgeleitet wird. Nach Einleiten des Kühlschmiermittels in den Kühlkanal nimmt das Kühlschmiermittel die Abwärme des Rotors auf.
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Durch das Entlangströmen des Kühlschmiermittels im Ringspalt kann auf eine separate Schmierung von Verzahnungen, welche in den Ringspalt hineinragen, verzichtet werden.
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Ferner wird die Aufgabe gelöst durch ein Verfahren zur Durchführung einer Kühlung eines Rotors in einer wie oben beschriebenen elektrischen Maschine mit den Schritten:
- - Führen von Kühlschmiermittel aus einem Kühlschmiermittelsumpf mittels einer Kühlschmiermittelleitung zu dem Lagerdeckel,
- - Einströmen des Kühlschmiermittels in den Verteilerkanal über den Lagerdeckel,
- - und Durchströmen des Kühlschmiermittels durch den Verteilerkanal zu dem mindestens einen Kühlkanal,
- - Einströmen des Kühlschmiermittels in den mit dem Verteilerkanal mindestens einem fluidverbundenen Kühlkanal und durchströmen des Kühlschmiermittels durch den mindestens einen Kühlkanal zu dem Ringspalt,
- - Einströmen des Kühlschmiermittels in den mit dem mindestens einen Kühlkanal fluidverbundenen Ringspalt und strömen des Kühlschmiermittels durch den Ringspalt zu einem Rückführungskanal,
- - Einströmen des Kühlschmiermittels in den Rückführungskanal und führen des Kühlschmiermittels zu dem mit den Rückführungskanal fluidverbundenen Kühlschmiermittelsumpf.
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Durch die Erfindung kann die Abwärme einer solchen elektrischen Maschine gut abgeführt werden. Somit kann die elektrische Maschine mit hohen Leistungen betrieben werden. Wärmebelastete Bauteile wie, beispielsweise Loslager, können somit gekühlt werden. Dadurch wird die Lebensdauer solcher Bauteile erhöht. Mittels der Erfindung ist es möglich, eine elektrische Maschine zu kühlen, ohne die einzelnen Bauteile zu schädigen. Zudem kann die Leistung der elektrischen Maschine durch die bessere Abfuhr der Abwärme erhöht werden.
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Weitere Merkmale, Eigenschaften und Vorteile der vorliegenden Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung unter Bezugnahme auf die beiliegenden Figuren. Darin zeigen schematisch:
- 1: eine erste Ausgestaltung einer elektrischen Maschine gemäß der Erfindung,
- 2: eine erste Ausgestaltung einer Hohlwelle der Erfindung,
- 3: zeigt die Hohlwelle mit Längsnuten,
- 4: exemplarisch eine elektrische Maschine gemäß der Erfindung im Betrieb,
- 5: eine zweite Ausgestaltung einer elektrischen Maschine gemäß der Erfindung,
- 6: eine zweite Ausgestaltung einer elektrischen Maschine gemäß der Erfindung,
- 7: ein erfindungsgemäßes Verfahren.
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Obwohl die Erfindung im Detail durch die bevorzugten Ausführungsbeispiele näher illustriert und beschrieben wurde, ist die Erfindung nicht durch die offenbarten Beispiele eingeschränkt. Variationen hiervon können vom Fachmann abgeleitet werden, ohne den Schutzumfang der Erfindung, wie er durch die nachfolgenden Patentansprüche definiert wird, zu verlassen.
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1 zeigt eine erste Ausgestaltung einer elektrischen Maschine 1 gemäß der Erfindung.
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Die elektrische Maschine 1 weist in einem Gehäuse 6 eine Rotorwelle 2 auf, welche sich in einer axialen Richtung A um eine Drehachse D erstreckt. Die Rotorwelle 2 weist entlang der axialen Richtung A eine Rotorwellenaußenseite 5, eine erste endseitige Stirnseite 31 und eine zweite endseitige Stirnseite 26 auf.
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Die Rotorwelle 1 ist an der ersten Stirnseite 31 mit einem Geberrad 3 drehfest verbunden. Das Geberrad 3 ist koaxial zur Drehachse D angeordnet.
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Das Geberrad 3 weist bevorzugt entlang seines Außenumfangs verschiedene Zähne (nicht gezeigt) und einen Hall- oder einen Induktivsensor (nicht gezeigt) auf. Wird ein mit Zähnen ausgestaltetes Geberrad 3 an dem Hall- oder dem Induktivsensor (nicht gezeigt) vorbeibewegt, in dessen Nähe sich ein Magnet befindet, kann der Hall- oder der Induktivsensor die durch die Zähne hervorgerufenen Magnetfeldänderungen registrieren und so Informationen über die Drehlage des Geberrads 3 bzw. der mit dem Geberrad 3 verbundenen Rotorwelle 2 liefern. Alternativ können die Zähne (nicht gezeigt) beispielsweise mit einer Markierung versehen sein, die von einem dafür ausgestalteten Sensor (nicht gezeigt) erfasst werden können.
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Das Geberrad 3 ist kraftschlüssig mit der Rotorwelle 2 verbunden. Das Geberrad 3 ist mit einer ersten rotorwellenzugewandten Seite an der ersten Stirnseite 20 der Rotorwelle 2 angeordnet und mit dieser drehfest verbunden. Ferner weist das Geberrad 3 eine der ersten rotorwellenzugewandten Seite gegenüberliegende rotorwellenabgewandten zweite Seite auf.
Im Geberrad 3 ist ein zur rotorwellenabgewandten zweiten Seite geöffneter Verteilerkanal 37 für den Kühlschmierstoff angeordnet.
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Der Verteilerkanal 37 ist somit im Geberrad 3 angeordnet. Dabei erstreckt sich der Verteilerkanal 37 nicht durchgängig von der rotorwellenabgewandten zweiten Seite als geöffnete Einlassseite bis in das Geberrad 3.
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Die Rotorwelle 2 und das Geberrad 3 sind durch einen (dreh)starren Lagerdeckel 4 abgedeckt. Der Lagerdeckel 4 weist vorzugsweise einen tragenden Bereich auf, der mit der Rotorwelle 2 und dem Geberrad 3 korrespondiert sowie Befestigungsbereiche zur Verbindung des Lagerdeckels 4 mit dem Gehäuse 6, beispielsweise mittels Schrauben 7. Bei Drehung des Geberrades 3 und Drehung der Rotorwelle 2 nimmt der Lagerdeckel 4 Kräfte auf.
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Ferner weist der Lagerdeckel 4 zumindest einen durchgängigen Durchgangskanal 35 für das Öl auf. Der Durchgangskanal 35 erstreckt sich hier durchgängig in axialer Richtung A durch den Lagerdeckel 4. Insbesondere ist der Durchgangskanal 35 als eine Bohrung durch den Lagerdeckel 4 ausgestaltet. Das Kühlschmiermittel ist hier vorzugsweise als ein Öl ausgebildet.
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Der Durchgangskanal 35 ist zum Führen, vorzugsweise strömungsfreien Führen (laminare Strömung) des Öls ausgebildet. Hierzu kann er an seiner Innenseite eine Beschichtung aufweisen. Dies kann beispielsweise eine in axialer Richtung A angeordnete Rillenstruktur sein, die mittels einer Bohrung leicht auszuführen ist. Eine solche Rillenstruktur verhindert Turbulenzen in der Strömung.
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Der Durchgangskanal 35 setzt sich in dem Verteilerkanal 37 fort, welcher in dem Geberrad 3 angeordnet ist. Dabei ist der Verteilerkanal 37 nicht durchgängig. Durch den Durchgangskanal 35 kann Öl in den Verteilerkanal 37, welcher im Geberrad 3 angeordnet ist, fließen. Von dort wird das Öl, wie später beschrieben, auf die einzelnen Kühlkanale aufgeteilt. Das Geberrad 3 dient somit als Ölverteilerstelle.
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Ferner ist eine ringförmige Aussparung 8 vorgesehen, welche zwischen dem Lagerdeckel 4 und dem Geberrad 3 in Richtung der Drehachse D angeordnet ist. In der ringförmigen Aussparung 8 ist eine ringförmige Abdichtung 9 angeordnet. Das heißt, dass sich die ringförmige Aussparung 8 zwischen Geberrad 3 und Lagerdeckel 4 in einer radialen Richtung R erstreckt. Die Abdichtung 9 kann beispielsweise eine Radialwellendichtung oder ein Dichtring in Kombination mit einem Prallblech umfassen. Die Abdichtung 9 verhindert das Austreten von Öl zwischen dem Geberrad 3 und Lagerdeckel 4, das heißt zwischen Durchgangskanal 35 und Verteilerkanal 37.
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Ferner ist eine sich in axialer Richtung A um die Drehachse D erstreckende Hohlwelle 11 vorgesehen. Diese ist koaxial zur Rotorwelle 2 angeordnet. Dabei weist die Hohlwelle 11 eine Hohlwelleninnenseite 12, welche zur Rotorwelle 2 zeigt und eine der Hohlwelleninnenseite 12 gegenüberliegende Hohlwellenaußenseite 13 auf. Die Hohlwelleninnenseite 12 ist in radialer Richtung R beabstandet zur Rotorwellenaußenseite 5 angeordnet. Die Hohlwelle 11 ist jeweils endseitig durch ein Lager, insbesondere einem fettgeschmierten Loslager 34b und einem fettgeschmierten Festlager 34a im Gehäuse 6 gelagert.
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Die Hohlwelleninnenseite 12 bildet mit der Rotorwellenaußenseite 5 durch den radialen Abstand einen Ringspalt 14 aus.
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Die Hohlwelle 11 bzw. die Hohlwelleninnenseite 12 umschließt das Geberrad 3 zumindest teilweise in axialer Richtung A. Die Hohlwelle 11 bzw. Hohlwelleninnenseite 12 umschließt jedoch die Rotorwelle 2 bzw. Rotorwellenaußenseite 5 nur teilweise in axialer Richtung A.
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An der ersten Stirnseite 31 der Rotorwelle 2 ist an der Rotorwellenaußenseite 5 eine umfangsseitige erste Mitnahmeverzahnung 15 angeordnet, wobei sich die erste Mitnahmeverzahnung 15 über einen vorgegebenen ersten Verzahnungsabschnitt erstreckt. Dabei erstreckt sich der erste Verzahnungsabschnitt jedoch vorzugsweise nicht bis hin zum Geberrad 3.
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Korrespondierend zu dem ersten Verzahnungsabschnitt weist die Hohlwelleninnenseite 12 einen, dem ersten Verzahnungsabschnitt gegenüberliegenden zweiten Verzahnungsabschnitt, auf. Korrespondierend zu der ersten Mitnahmeverzahnung ist auf der Hohlwelleninnenseite 12 eine zweite umfangsseitige Mitnahmeverzahnung 16 angeordnet, welche mit der ersten Mitnahmeverzahnung 15 im Eingriff steht. Durch die erste Mitnahmeverzahnung 15 und zweite Mitnahmeverzahnung 16 sind die Rotorwelle 2 und die Hohlwelle 11 drehfest verbunden. Der Mitnahmeverzahnungen 15, 16 in Richtung Geberrad 3, das heißt, in Richtung der ersten Stirnseite 31 axial nachgeordnet, ist im Ringspalt 14 ein erster Dichtring 17, vorzugsweise ein erster O-Ring zur Abdichtung gegen das Weiterfließen des Öls in dieser Richtung angeordnet. Somit wird verhindert, dass das Öl vom den Ringspalt 14 in /zu weiteren Bauteilen der elektrischen Maschine 1 weiterströmt und diese beschädigt.
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Die Hohlwelle 11 weist mehrere Kühlkanäle mit mehrere Hohlwellenkanäle 18 auf, welche zwischen der Hohlwelleninnenseite 12 und Hohlwellenaußenseite 13 vorzugsweise parallel zur Drehachse D verlaufen. In diesem Ausführungsbeispiel erstrecken sich die Hohlwellenkanäle 18 in axialer Richtung A durchgängig durch die Hohlwelle 11. Die Hohlwellenkanäle 18 sind vorzugsweise als durchgängige Bohrungen ausgeführt. Am jeweiligen Ende der Hohlwellenkanäle 18 ist jeweils ein Stopfen, vorzugsweise ein Dichtstopfen 19 angeordnet, welche einen endseitigen Austritt von Öl verhindern. Die Hohlwellenkanäle 18 sind zum Führen, vorzugsweise strömungsfreien Führen (laminare Strömung) des Öls ausgebildet.
Die Hohlwellenkanäle 18 können hierzu an ihrer Innenseite mit Rillen ausgeführt sein, um Turbulenzen zu verhindern. Eine solche Rillenstruktur ist mittels einer Bohrung leicht herzustellen. Die Hohlwellenkanäle 18 können gleichmäßig über einen Umfang der Hohlwelle 11 verteilt sein.
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Ferner sind jeweils zur ersten Stirnseite 31 zugewandt, Zufuhrkanäle 20 vorgesehen zum Zuführen des Öls zu den Hohlwellenkanälen 18. Ein solcher Zufuhrkanal 20 teilt sich auf in einen ersten Zufuhrkanalabschnitt 21 und in einen zweiten Zufuhrkanalabschnitt 22, welche zum Öldurchfluss direkt aneinander angrenzen. Der erste Zufuhrkanalabschnitt 21 ist als durchgängiger Kanal, beispielsweise eine Bohrung im Geberrad 3 angeordnet, und mündet in den Verteilerkanal 37 des Geberrades 3, so dass das Öl vom Verteilerkanal 37 in den ersten Zufuhrkanalabschnitt 21 einströmen kann. Der zweite Zufuhrkanalabschnitt 22 ist als durchgängiger Kanal von der Hohlwellenaußenseite 13 bis zur Hohlwelleninnenseite 12 ausgebildet.
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Der Zufuhrkanal 20 kann als durchgängige Bohrung, welche sich von der Hohlwellenaußenseite 13 bis in den Verteilerkanal 37 erstreckt ausgestaltet sein.
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Um eine möglichst laminare Strömung des Öls herzustellen, kann der Zufuhrkanal 20 beispielsweise an seiner Innenseite eine Beschichtung oder Rillen als Struktur aufweisen.
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Der zweite Zufuhrkanalabschnitt 22 ist dabei so angeordnet, dass er den Hohlwellenkanal 18 in einem ersten Schnittpunkt S1 schneidet, so dass das Öl vom Verteilerkanal 37 durch den ersten Zufuhrkanalabschnitt 21 in den zweiten Zufuhrkanalabschnitt 22 strömen kann und von dort über den ersten Schnittpunkt S1 in den Hohlwellenkanal 18 strömen kann. Dem ersten Schnittpunkt S1 in Richtung Hohlwellenaußenseite 13 nachgeordnet, wird im zweiten Zufuhrkanalabschnitt 22 eine Dichtung, vorzugsweise ein Dichtstopfen 19b angeordnet, welcher das Ausströmen von Öl in Richtung Hohlwellenaußenseite 13 verhindert.
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Zwischen dem Geberrad 3 und der Hohlwelleninnenseite 12 in Richtung des Lagerdeckels 4 ist ein zweiter Dichtring 24, vorzugsweise in O-Ring angeordnet, um ein unkontrolliertes Ausströmen des Öls, zum Schutz beispielsweise des Festlagers 34a oder anderen Bauteilen zu verhindern. Andere Dichtringe oder Dichtungspakete anstatt des O-Rings können ebenfalls verwendet werden.
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Pro Hohlwellenkanal 18 ist ein Zufuhrkanal 20 vorgesehen. Der Zufuhrkanal 20 und der Hohlwellenkanal 18 weisen vorzugsweise in dem ersten Schnittpunkt S1 einen stumpfen Winkel α zueinander auf, so dass beim Durchströmen des Öls keine oder nur wenige Turbulenzen entstehen.
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Ferner ist zur zweiten Stirnseite 26 zugewandt jeweils ein Auslasskanal 25 vorgesehen, zum Auslassen des Öls aus dem Hohlwellenkanal 18. Ein solcher Auslasskanal 25 erstreckt sich von dem Hohlwellenkanal 18 bis zu dem Ringspalt 14.
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Der Auslasskanal 25 erstreckt sich durchgängig von der Hohlwellenaußenseite 13 bis zur Hohlwelleninnenseite 12. Der Auslasskanal 25 schneidet einen entsprechenden Hohlwellenkanal 18 in einem zweiten Schnittpunkt S2. Dem zweiten Schnittpunkt S2 in Richtung Hohlwellenaußenseite 13 nachgeordnet, wird im Auslasskanal 25 ein Dichtstopfen 19a angeordnet, welcher ein Auslaufen von Öl in diese Richtung verhindert. Der Auslasskanal 25 weist mit dem Hohlwellenkanal 18 vorzugsweise einen stumpfen Winkel α auf, so dass beim Durchströmen des Öls keine oder nur wenige Turbulenzen entstehen.
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Der Auslasskanal 25 mündet in den Ringspalt 14 zwischen Rotorwelle 2 und Hohlwelle 11, zum Auslassen des Öls in den Ringspalt 14.
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Somit kann das Öl vom Geberrad 3 über den Zufuhrkanal 20 in den Hohlwellenkanal 18 strömen, durch den Hohlwellenkanal 18 hindurch und in den Auslasskanal 25, und durch den Auslasskanal 25 in den Ringspalt 14 einströmen. Die Auslasskanäle 25 können als Bohrung ausgestaltet sein und mit an der Innenseite mit einer Beschichtung oder Strukturierung zum Ausbilden einer laminaren Strömung vorgesehen sein.
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Ferner ist ein Rotor 27 vorgesehen, welcher um die Drehachse D drehbar gelagert ist und welcher mit der Hohlwelle 11 mittels einer Pressverbindung 28 drehfest verbunden ist.
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Weiter ist ein Stator (nicht gezeigt) vorgesehen, welcher in dem Gehäuse 6 befestigt ist und bevorzugt mit dem Rotor 27 magnetisch zusammenwirkt.
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Das Gehäuse 6 weist zudem einen Ölsumpf 29 auf. Eine druckerzeugende Ölpumpe (nicht gezeigt) fördert über eine Hydraulikleitung (nicht gezeigt) das Öl aus dem Ölsumpf 29 zu dem Lagerdeckel 4 und über eine Hydraulikverschraubung (nicht gezeigt) in den Durchgangskanal 35, wobei in der Hydraulikleitung (nicht gezeigt) ein Ölfilter (nicht gezeigt) vorgesehen sein kann.
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Öl wird somit vom Ölsumpf 29 über die druckerzeugende Ölpumpe (nicht gezeigt) zum Lagerdeckel 4 und in den Durchgangskanal 35 gepumpt. Von dort strömt es in den Verteilerkanal 37 ein und bildet dadurch eine Ölverteilerstelle.
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Über den Verteilerkanal 37 strömt das Öl in die Zuführkanäle 20 ein und von dort weiter in die Hohlwellenkanäle 18. Das Öl strömt durch die Hohlwellenkanäle 18 hindurch bis zu den Auslasskanälen 25, in diese hinein und durch diese hindurch.
In den Kühlkanal 18 erwärmt sich das Öl durch die Abwärme des Rotors 27 und kühlt diesen somit ab.
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Durch die Auslasskanäle 25, gelangt das Öl in den Ringspalt 14 zwischen der Rotorwelle 2 und der Hohlwelle 11 und strömt diesen entlang. Von dort gelangt es über einen Rückführungskanal 30 zurück in den Ölsumpf 29. Somit steht das Öl für weitere Kühlungen zur Verfügung.
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Im Ringspalt 14 dient das Öl zur Schmierung von Verzahnungen, welche in den Ringspalt 14 hineinragen. Somit kann auf eine separate Schmierung dieser Verzahnungen verzichtet werden.
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Somit findet ein Wärmeaustausch statt. Der Rotor 27 gibt einen Teil seiner Abwärme an das durchströmende Öl ab. Durch die unmittelbare Nähe des Öls zum Rotor 27 findet eine effiziente Kühlung statt.
Durch die Nähe des Öls zum Rotor 27 kommt es zu einer optimalen Wärmeabfuhr trotz geringer, verwendeter Ölmenge. Wegen der geringen Menge an Öl als Kühlschmiermittel kommt es lediglich zu einer minimalen Zunahme der bewegten Masse und damit des Trägheitsmomentes.
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Dadurch wird ein geschlossener Kühlkreislauf erzeugt. Durch Verwendung von Öl können somit auch die Mitnahmeverzahnung 15,16 geschmiert werden, so dass hierbei auf eine separate Ölzufuhr verzichtet werden kann.
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Somit lässt sich ein geschlossener Kühlkreislauf angeben, welcher kostengünstig und einfach herzustellen ist.
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2 zeigt eine erste Ausgestaltung der Hohlwelle 11. Diese weist eine zylindrische Hohlwelleninnenseite 12 (1) auf. Ferner umfasst die Hohlwellenaußenseite 13 eine zylindrische Mantelfläche. An der Hohlwelle 11 endseitig sind jeweils Befestigungsabschnitte 36 angeordnet.
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Ferner weist die Hohlwelle 11 mehrere Hohlwellenkanäle 18 (1) auf, welche hier symmetrisch über den Umfang der Hohlwelle 11 verteilt angeordnet sind. Diese sind hier als einzelne durchgängige Bohrungen ausgeführt.
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Die Hohlwellenkanäle 18 (1) können an ihrer Innenseite längs zur Strömungsrichtung des Öls, d.h. in axialer Richtung Wandrillen aufweisen. Die Rillen sind vorzugsweise parallel zueinander angeordnet und weisen eine konstante Breite und Höhe auf. Ferner kann optional oder alternativ ergänzend eine Beschichtung der Innenseite der Hohlwellenkanäle 18 (1) vorgesehen sein. Somit kann eine laminare Strömung des Öls ohne oder mit wenig Druckverlust erzielt werden.
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Ferner sind Auslasskanäle 25, welche die Hohlwellenkanäle 18 jeweils in einem Punkt S2 (1) schneiden und Zufuhrkanäle 20, welche die Hohlwellenkanäle 18 jeweils in einem Punkt S2 (1) schneiden, vorgesehen, wobei die Innenseite der Auslasskanäle 25 und Zufuhrkanäle 20 analog zu der Innenseite der Hohlwellenkanäle 18 mit Rillen oder einer Beschichtung ausgebildet sein können. Die Auslasskanäle 25 als auch die Zufuhrkanäle 20 sind hier als Bohrung ausgeführt.
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Durch die Hohlwellenaußenseite 13 wird eine Kontaktfläche 33 (1) zum Rotor 27 (1) hergestellt. Dadurch kann der Rotor 27 (1) die entstehende Abwärme an das durchströmende Öl bzw. das durchströmende Kühlschmiermittel leiten. Dadurch ergibt sich eine effiziente Kühlung des Rotors 27 (1).
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3 zeigt die Hohlwelle 11 von 2 in einer Ausgestaltung mit Längsnuten 32. Die Hohlwelle 11 weist die zylindrische Hohlwelleninnenseite 12 und die Hohlwellenaußenseite 13 auf. Die Hohlwellenaußenseite 13 umfasst die zylindrische Mantelfläche mit mehreren parallel zueinander angeordneten Längsnuten 32, welche sich entlang der axialen Richtung A (1) erstrecken.
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Die Längsnuten 32 sind dabei gleichmäßig über einen Umfang der Hohlwelle 11 verteilt und weisen gleiche Abmessungen, wie Tiefe oder Breite auf. Durch die Längsnuten 32 wird die Außenfläche der Hohlwelle 11 vergrößert. Die Fläche ist bei einer Ausführung mit Längsnuten 32 durch die Längsnutenseitenflächen größer.
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Dadurch ergibt sich einerseits durch die Wärmeableitung bei den direkten Kontaktflächen 33 (1) zwischen Rotor 27 (1) und Hohlwelle 11 eine gute Wärmeabfuhr der Abwärme vom Rotor 27 (1) an das Öl in den Hohlwellenkanälen 18 (1). Andererseits ergibt sich auch durch Wärmestrahlung in den Längsnuten 32 eine gute Wärmeabfuhr der Abwärme vom Rotor 27 (1) an das Öl in den Hohlwellenkanälen 18.
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Die Längsnuten 32 können zur besseren Wärmeübertragung mit einer Wärmeleitpaste zumindest teilweise gefüllt sein.
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4 zeigt eine elektrische Maschine 1 gemäß der Erfindung im Betrieb.
Hierbei wird zunächst Öl aus dem Ölsumpf 29 über eine Hydraulikpumpe (nicht gezeigt) zu dem Lagerdeckel 4 gepumpt und in den Durchgangskanal 35 hineingepumpt.
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Anschließend kann das Öl durch den Durchgangskanal 35 hindurch in den nicht durchgängigen Verteilerkanal 37, welcher im Geberrad 3 angeordnet ist, fließen und bildet dort die Ölverteilerstelle aus. Von der Ölverteilerstelle wird das Öl durch die Zuführkanäle 20 in die Hohlwellenkanäle 18 gepumpt. Dort wird das Öl durch die Abwärme des Rotors 27 erwärmt, wodurch der Rotor 27 gekühlt wird.
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Nach dem Durchströmen der Hohlwellenkanäle 18 wird das Öl durch die Auslasskanäle 25 in den Ringspalt 14 geleitet und strömt diesen bis zum Ende entlang. Anschließend wird das Öl durch einen Rückführungskanal 30 wieder in den Ölsumpf 29 geleitet.
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Dadurch wird eine gute Kühlleistung erzielt, unter Verwendung eines minimalen Ölverbrauches.
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5 zeigt einen Teilausschnitt einer weiteren Ausgestaltung einer elektrischen Maschine 1a der Erfindung. Gleiche Bezugszeichen wie in den vorherigen Figuren kennzeichnen gleiche Elemente.
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In diesem Ausführungsbeispiel ist zum Einlass im Lagerdeckel 4 eine rechtwinklige, L-förmige Lagerdeckelbohrung 23 angeordnet. Somit kann beispielsweise die Ölzufuhr einfach gestaltet werden, falls Bauteile sich direkt an dem Lagerdeckel 4 in axialer Richtung A anschließen. Die Lagerdeckelbohrung 23 ist direkt in dem Lagerdeckel 4 angeordnet.
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Die Lagerdeckelbohrung 23 erstreckt sich von einer Mantelfläche 38 des Lagerdeckels 4 bis zu dem Verteilerkanal 37 und bildet mit diesem eine Fluidverbindung aus. Dadurch kann Öl über Ölleitungen in die Lagerdeckelbohrung 23 eingebracht werden, und strömt anschließend über die Lagerdeckelbohrung 23 zu dem Verteilerkanal 37. Da die Lagerdeckelbohrung 23 im Lagerdeckel 4 integriert ist, können stirnseitig am Lagerdeckel 4 weitere Bauteile angeordnet werden. Ferner kann somit Bauraum in axialer Richtung A eingespart werden. Somit kann ein Einströmen des Öls von der Lagerdeckelbohrung 23 in den Verteilerkanal 37 einfach bewerkstelligt werden.
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Zur einfacheren Anbindung der Ölleitungen an die Lagerdeckelbohrung 23 ist an der Lagerdeckelbohrung 23 ein Verbindungselement angeordnet, welches hier als Hydraulikverschraubung 39 ausgebildet ist, wobei die Hydraulikverschraubung 39 teilweise in der Lagerdeckelbohrung 23 eingebracht ist. Die Lagerdeckelbohrung 23 weist hierzu ein Innengewinde und die Hydraulikverschraubung 39 das dazu korrespondierende Außengewinde auf. Die Lagerdeckelbohrung 23 kann im Bereich des Innengewindes einen angepassten vergrößerten Durchmesser aufweisen.
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6 zeigt einen Teilausschnitt einer weiteren Ausgestaltung einer elektrischen Maschine 1b der Erfindung. Gleiche Bezugszeichen wie in den vorherigen Figuren kennzeichnen gleiche Elemente.
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Der Lagerdeckel 4 weist einen Durchgang auf, welcher in axialer Richtung A in den Verteilerkanal 37 mündet. Der Durchgang kann als zylindrische Bohrung in axialer Richtung A ausgeführt sein, an welcher sich der Verteilerkanal 37 anschließt. Im Durchgang ist ein Hydraulikverbindungselement 40, insbesondere eine Buchse angeordnet, zum Anbinden eines Hydraulikelements 41. Vorzugsweise ist das Hydraulikelement 41 als Hydraulikverschraubung ausgebildet.
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Insbesondere ist das Hydraulikverbindungselement 40, beispielsweise die Buchse, kraftschlüssig in dem Durchgang eingebracht.
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Das Hydraulikelement 41 mit dem Hydraulikverbindungselement 40 bildet den Einlass aus, so dass Öl in den Verteilerkanal 37 strömen kann. Weiter vorzugsweise ist das Hydraulikelement 41 L-förmig gebogen. Somit können in axialer Richtung A noch weitere Bauteile am Lagerdeckel 4 angeordnet werden. Das Hydraulikelement 41 dient als Umlenkung für eine Hydraulikleitung, welche hier von einem Ölsumpf 29 zu der Hydraulikverschraubung führt. Die Hydraulikleitung ist in dem Hydraulikelement 41 eingeschraubt oder anderweitig befestigt. Dadurch kann ein einfaches Umleiten des Öls vom Ölsumpf 29 in das Hydraulikelement 41 bewerkstelligt werden.
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Durch das Hydraulikelement 41 kann das Öl einfach über das Hydraulikverbindungselement 40 vom Ölsumpf 29 zu dem Verteilerkanal 37 geführt werden.
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7 zeigt das Verfahren zur Kühlung einer elektrischen Maschine 1,1a,1b durch Öl mit einer erfindungsgemäßem Kühlanordnung.
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Hierbei wird in einem ersten Schritt S1 das Öl vom Ölsumpf 29 (4) durch eine Ölleitung mittels einer Ölpumpe zu einem Lagerdeckel 4 gepumpt.
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Von dort strömt das Öl über den Lagerdeckel 4 in einem Schritt S2 in den Verteilerkanal 37 ein, und verteilt sich auf die verschiedenen Kühlkanäle.
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In einem Schritt S3 fließt das Öl die Kühlkanäle entlang. Dabei nimmt das Öl die Abwärme vom Rotor 27 (1) auf und führt diese mit sich ab. Durch die Nähe des Öls zum Rotor 27 (1) wird eine effiziente Rotorkühlung erzielt.
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In einem Schritt S4 strömt das erwärmte Öl von den Kühlkanälen zu dem Ringspalt 14 (4) und in den Ringspalt 14 (4) ein.
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In einem Schritt S5 fließt das Öl durch den Rückführungskanal 30 (4), welcher mit dem Ölsumpf 29 (4) verbunden ist, wieder in den Ölsumpf 29 (4) zurück.
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Dadurch wird ein geschlossener Ölkühlkreislauf erreicht. Ebenfalls können die erste Mitnahmeverzahnung 15 als auch die zweite Mitnahmeverzahnung 16, welche in den Ringspalt 14 (4) hineinragen, geschmiert werden. Dadurch kann auf eine separate Schmierung der Mitnahmeverzahnungen 15,16 verzichtet werden.
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Somit kann insgesamt eine erhöhte Lebensdauer bewirkt werden und ein verbesserter Betrieb auch bei hohen Rotortemperaturen erzielt werden.
Ferner kann im geschlossenen Kreislauf auch eine Kühlvorrichtung (nicht gezeigt) für das Öl angeordnet werden, so dass das erhitzte Öl wieder heruntergekühlt werden kann.
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Bezugszeichenliste
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- 1,1a,1b
- Elektrische Maschine
- 2
- Rotorwelle
- 3
- Geberrad
- 4
- Lagerdeckel
- 5
- Rotorwellenaußenseite
- 6
- Gehäuse
- 7
- Schrauben
- 8
- Ringförmige Aussparung
- 9
- Abdichtung
- 11
- Hohlwelle
- 12
- Hohlwelleninnenseite
- 13
- Hohlwellenaußenseite
- 14
- Ringspalt
- 15
- erste Mitnahmeverzahnung
- 16
- zweite Mitnahmeverzahnung
- 17
- erster Dichtring
- 18
- Hohlwellenkanal
- 19, 19a, 19b
- Dichtstopfen
- 20
- Zufuhrkanal
- 21
- erster Zufuhrkanalabschnitt
- 22
- zweiter Zufuhrkanalabschnitt
- 23
- Lagerdeckelbohrung
- 24
- zweiter Dichtring
- 25
- Auslasskanal
- 26
- zweite Stirnseite
- 27
- Rotor
- 28
- Pressverbindung
- 29
- Ölsumpf
- 30
- Rückführungskanal
- 31
- erste Stirnseite
- 32
- Längsnuten
- 33
- Kontaktfläche
- 34a
- Festlager
- 34b
- Loslager
- 35
- Durchgangskanal
- 36
- Befestigungsabschnitt
- 37
- Verteilerkanal
- 38
- Mantelfläche
- 39
- Hydraulikverschraubung
- 40
- Hydraulikverbindungselement
- 41
- Hydraulikelement
- A
- Axiale Richtung
- R
- Radiale Richtung
- α
- stumpfer Winkel
- D
- Drehachse
- S1
- erster Schnittpunkt
- S2
- erster Schnittpunkt
- S
- Verfahrensschritte
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 102017207056 A1 [0003]
- DE 102012203697 A1 [0004]
