DE102021103138A1

DE102021103138A1 - Temperiervorrichtung für ein Elektromodul, Elektromodul und Verfahren zum Temperieren eines solchen

Info

Publication number: DE102021103138A1
Application number: DE102021103138.9A
Authority: DE
Inventors: Nicolas Drouart; David Ehrenberger
Original assignee: Witzenmann GmbH
Current assignee: Witzenmann GmbH
Priority date: 2021-02-10
Filing date: 2021-02-10
Publication date: 2022-08-11
Also published as: CN114911285A

Abstract

Beschreiben wird eine Temperiervorrichtung (1) für ein Elektromodul, vorzugsweise für einen Elektromotor, aufweisend: ein erstes zylinderförmiges Hülsenteil (2) zum Aufnehmen des Elektromoduls; und ein radial außerhalb des ersten Hülsenteils (2) angeordnetes zweites zylinderförmiges Hülsenteil (4); bei der das erste Hülsenteil (2) eine glattzylindrische Außenfläche (2a) aufweist, in welcher Außenfläche (2a) über wenigstens einen Teil des Umfangs umlaufende Vertiefungen (2b) für ein Temperierfluid angeordnet sind, und das zweite Hülsenteil (4) außerhalb der Vertiefungen (2b) dichtend an dem ersten Hülsenteil (2) anliegt. Außerdem beschrieben werden ein temperierbares Elektromodul und ein entsprechendes Temperierverfahren.

Description

Die Erfindung betrifft eine Temperiervorrichtung für ein Elektromodul gemäß Anspruch 1, ein Elektromodul gemäß Anspruch 23 sowie ein Verfahren zum Temperieren eines Elektromoduls gemäß Anspruch 24.
Ein wesentlicher Aspekt der politisch gewollten Energiewende ist die Umstellung des Straßenverkehrs auf Elektromobilität. In diesem Zusammenhang kommen regelmäßig Elektromodule in Form von Elektromotoren als Traktionsmotoren anstelle von Verbrennungsmotoren in Fahrzeugen zum Einsatz. Solche Elektromodule müssen während ihrer Verwendung temperiert, d. h. in der Regel gekühlt werden. Die vorliegende Erfindung nimmt sich dieser Problematik an, ist diesbezüglich jedoch nicht auf Elektromotoren beschränkt.
Aus der Patentanmeldung DE 10 2018 109 420 A1 ist zu diesem Zweck eine Temperiervorrichtung der genannten Art bekannt, bei der ein glattzylindrischer Statorträger eines Elektromotors von einer strukturierten Kühlhülse umgeben ist, welche Kühlhülse gewellte Bereiche aufweist, die als Strömungsraum für ein Temperierfluid dienen.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, den vorbekannten Gegenstand hinsichtlich seiner Verwendungsmöglichkeiten zu verbessern und dabei insbesondere die Fertigung zu vereinfachen sowie hinsichtlich ihrer Kosten zu verbilligen.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch eine Temperiervorrichtung mit den Merkmalen des Anspruchs 1, durch ein Elektromodul mit den Merkmalen des Anspruchs 23 sowie durch ein Verfahren den Merkmalen des Anspruchs 24.
Vorteilhafte Ausgestaltungen sind in den jeweiligen abhängigen Ansprüchen definiert.
Eine erfindungsgemäße Temperiervorrichtung für ein Elektromodul, vorzugsweise für einen Elektromotor, weist auf: ein erstes zylinderförmiges Hülsenteil zum Aufnehmen des Elektromoduls; und ein radial außerhalb des ersten Hülsenteils angeordnetes zweites zylinderförmiges Hülsenteil; bei der das erste Hülsenteil eine glattzylindrische Außenfläche aufweist, in welcher Außenfläche über wenigstens einen Teil des Umfangs umlaufende Vertiefungen für ein Temperierfluid angeordnet sind, und das zweite Hülsenteil außerhalb der Vertiefungen dichtend an dem ersten Hülsenteil anliegt.
Ein erfindungsgemäßes Elektromodul ist zumindest teilweise aufgenommen in dem ersten Hülsenteil einer erfindungsgemäßen Temperiervorrichtung.
Ein erfindungsgemäßes Verfahren zum Temperieren eines Elektromoduls, vorzugsweise eines Elektromotors, beinhaltet die Schritte:

a) Bereitstellen des Elektromoduls;
b) Bereitstellen einer erfindungsgemäßen Temperiervorrichtung;
c) Anordnen des Elektromoduls zumindest teilweise in dem ersten Hülsenteil der Temperiervorrichtung und optional weiterer zu temperierende Komponenten des Elektromoduls, vorzugsweise Elektronikkomponenten, wie Inverter oder dgl., im Bereich des im Rahmen einer besonderen Ausgestaltung der Temperiervorrichtung vorgesehenen Abdichtteils; und
d) Leiten eines Temperierfluids durch die Vertiefungen der Temperiervorrichtung.

Anders als beim Gegenstand der DE 10 2018 109 420 A1 ist demnach im Rahmen der vorliegenden Erfindung keine gewellte Kühlhülse vorhanden, sondern das erste Hülsenteil der Temperiervorrichtung, bei dem es sich insbesondere um den Statorträger eines Elektromotors handeln kann, weist selbst Vertiefungen auf, die als Strömungsraum für ein Temperierfluid dienen können. Da es sich bei dem zweiten Hülsenteil erfindungsgemäß um ein einfaches, glatt zylindrisches Hülsenteil handeln kann, wird auf diese Weise insbesondere die Fertigung der Temperiervorrichtung stark vereinfacht und hinsichtlich ihrer Kosten reduziert.
Eine erste Weiterbildung der erfindungsgemäßen Temperiervorrichtung sieht vor, dass das erste Hülsenteil als Gussteil ausgebildet ist. Auf diese Weise lassen sich an unterschiedliche Anforderungen angepasste Vertiefungsgeometrien einfach und flexibel herstellen.
Eine andere Weiterbildung der erfindungsgemäßen Temperiervorrichtung ist ausgestattet mit einem das erste Hülsenteil auf einer Stirnseite zumindest teilweise verschließenden Lagerschild. Auf diese Weise ist eine weitgehende Funktionsintegration möglich, weil der Lagerschild beispielsweise zum Lagern einer Welle eines als Elektromotor ausgebildeten Elektromoduls genutzt werden kann.
Eine wieder andere Weiterbildung der erfindungsgemäßen Temperiervorrichtung sieht vor, dass das erste Hülsenteil und der Lagerschild einstückig ausgebildet sind, vorzugsweise als Gussteil. Auf diese Weise ergibt sich eine besondere Vereinfachung im Zuge der Fertigung, weil das erste Hülsenteil und der Lagerschild in Form einer baulichen Einheit vorliegen und entsprechend einfach zu handhaben sind.
Noch eine andere Weiterbildung der erfindungsgemäßen Temperiervorrichtung sieht vor, dass der Lagerschild wenigstens einen Durchbruch aufweist, vorzugsweise einen zentralen Durchbruch für eine Welle des Elektromoduls, vorzugsweise eine Antriebs- oder Abtriebswelle. Darüber hinaus kann jedoch noch wenigstens ein weiterer Durchbruch vorgesehen sein, der gezielt zum Zuleiten oder Ableiten eines Temperierfluids zu den genannten Vertiefungen bestimmt ist, oder der genannte wenigstens eine Durchbruch kann zu diesem Zweck verwendet werden.
Vorteilhafterweise kann bei einer anderen Weiterbildung der erfindungsgemäßen Temperiervorrichtung vorgesehen sein, dass die Vertiefungen in wenigstens einen gegenüber der Außenfläche vertieften Verteil-/Sammelbereich münden. Aus diesem Verteil-/Sammelbereich heraus kann dann das Temperierfluid in die Vertiefungen geleitet bzw. daraus wieder abgeleitet werden. Vorteilhafterweise sind an beiden Enden der genannten Vertiefungen entsprechende Verteil-/Sammelbereiche angeordnet, wie dies aus der DE 10 2018 109 420 A1 grundsätzlich bekannt ist.
Bei noch einer anderen Weiterbildung der erfindungsgemäßen Temperiervorrichtung ist vorgesehen, dass die Vertiefungen und/oder der Verteil-/Sammelbereich mit wenigstens einer Zuleitung und/oder Ableitung für ein Temperierfluid fluidleitend verbunden sind, welche Zuleitung oder Ableitung in Form eines Durchbruchs axial durch das erste Hülsenteil geführt ist. Auf diese Weise lässt sich insbesondere Bauraum in radialer Richtung einsparen, weil die Zuleitung und/oder Ableitung des Temperierfluids axial durch das erste Hülsenteil erfolgt. Vorteilhafterweise erfolgen sowohl die Zuleitung als auch die Ableitung des Temperierfluids axial durch das erste Hülsenteil.
Außerdem kann bei einer anderen Weiterbildung der erfindungsgemäßen Temperiervorrichtung vorgesehen sein, dass die Vertiefungen und/oder der Verteil-/Sammelbereich mit wenigstens einer Zuleitung und/oder Ableitung für ein Temperierfluid fluidleitend verbunden sind, welche Zuleitung oder Ableitung radial durch das zweite Hülsenteil geführt ist. In einer solchen Ausgestaltung kann die Zuleitung und/oder Ableitung des Temperierfluids radial erfolgen, insbesondere durch entsprechende Öffnungen (Durchbrüche oder Aushalsungen) in dem zweiten Hülsenteil. Es liegt jedoch auch im Rahmen der Erfindung, die beiden vorstehend beschriebenen Ausführungsformen zu kombinieren, um beispielsweise das Temperierfluid axial durch das erste Hülsenteil zuzuführen und anschließend radial durch das zweite Hülsenteil abzuführen, oder umgekehrt. Auf diese Weise lässt sich die Temperiervorrichtung an unterschiedliche Einbausituationen anpassen.
Vorteilhafterweise kann bei einer entsprechenden Weiterbildung der erfindungsgemäßen Temperiervorrichtung vorgesehen sein, dass jede Vertiefung an einen Ende mit einem ersten Verteil-/Sammelbereich und an einem anderen Ende mit einem zweiten Verteil-/Sammelbereich in fluidleitender Verbindung steht, und dass sowohl der erste Verteil-/Sammelbereich als auch der zweite Verteil-/Sammelbereich mit jeweils einem Durchbruch in dem ersten Hülsenteil und/oder mit jeweils einem Durchbruch in dem zweiten Hülsenteil in fluidleitender Verbindung steht, wie beschrieben.
Eine wieder andere Weiterbildung der erfindungsgemäßen Temperiervorrichtung kann ausgestattet sein mit einem endständigen Lagerring, der sich in radialer Richtung über das erste Hülsenteil hinaus erstreckt und vorzugsweise einstückig mit diesem ausgeführt ist, an wenigstens einem Ende des ersten Hülsenteils. Es liegt jedoch auch im Rahmen der Erfindung, an beiden Enden des ersten Hülsenteils einen solchen endständigen Lagerring vorzusehen. Ein solcher Lagerring kann insbesondere dazu dienen, einen Lagerschild oder dergleichen mit der Temperiervorrichtung zu verbinden, vorzugsweise stoffschlüssig, zum Beispiel durch Verschweißen, um insbesondere deren Innenraum nach dem Anordnen des Elektromoduls abzuschließen.
Wieder eine andere Weiterbildung der erfindungsgemäßen Temperiervorrichtung sieht vor, dass der Lagerschild entsprechend dem ersten Hülsenteil außenliegende Vertiefungen aufweist und ein stirnseitiges Abdichtteil außerhalb dieser Vertiefungen dichtend an dem Lagerschild anliegt, welches Abdichtteil vorzugsweise mit dem zweiten Hülsenteil verbunden ist, höchst vorzugsweise einstückig. Auf diese Weise lässt sich auch der Lagerschild zu Temperierzwecken verwenden, in dem ein Temperierfluid durch die entsprechenden Vertiefungen des Lagerschilds geleitet wird, welche Vertiefungen durch das stirnseitige Abdichtteil nach außen hin verschlossen sind, sodass das Temperierfluid nur in den entsprechenden Vertiefungen strömen kann. Diese Weise lässt sich die Temperierwirkung der vorgeschlagenen Temperiervorrichtung noch verbessern.
Außerdem kann bei einer anderen Weiterbildung der erfindungsgemäßen Temperiervorrichtung noch vorgesehen sein, dass die Vertiefungen des Lagerschilds mit den Vertiefungen des ersten Hülsenteils fluidleitend verbunden sind. Auf diese Weise lassen sich die Vertiefungen des Lagerschilds und die Vertiefungen des ersten Hülsenteils zu einem gemeinsamen Fluidkreislauf verbinden, was die bestimmungsgemäße Verwendung der Temperiervorrichtung vereinfacht.
Besonders bevorzugt ist eine Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Temperiervorrichtung, bei der weitere zu temperierende Komponenten des Elektromoduls, vorzugsweise Elektronikkomponenten, wie Inverter oder dergleichen, im Bereich des Abdichtteils angeordnet oder anordenbar sind. Insbesondere Elektromodule in Form von Elektromotoren weisen regelmäßig solche zusätzlichen Elektronikkomponenten auf, die im Betrieb eine beträchtliche Wärmeentwicklung zeigen können, sodass auch in diesem Bereich eine Temperierung erforderlich ist. Mit der vorstehend beschriebenen Ausgestaltung ist es möglich, zusätzlich zu dem eigentlichen Elektromodul auch diese genannten zusätzlichen Elektronikkomponenten zu temperieren.
Es sei diesem Zusammenhang explizit darauf hingewiesen, dass der vorliegend verwendete Begriff „Temperieren“ neben einem Entwärmen auch ein (Vor-)Wärmen der betreffenden Bauteile beinhaltet, weil insbesondere ein Temperierfluid nicht nur zum Kühlen, sondern auch zum Wärmen verwendet werden kann - je nach relativer Temperatur.
Ebenfalls bevorzugt ist eine Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Temperiervorrichtung, bei der das erste Hülsenteil und/oder der Lagerschild integrierte Aufnahmen für weitere Funktionselemente aufweist, beispielsweise für Sensoren, insbesondere Temperatursensoren oder dergleichen. Eine solche Ausgestaltung ist insbesondere dann vorteilhaft, wenn das erste Hülsenteil und/oder der Lagerschild als (einstückiges) Gussteil ausgeführt sind. Auf diese Weise kann auf zusätzliche Anbau- und Befestigungsteile verzichtet werden, was die Herstellung erleichtert und verbilligt.
Außerdem kann in Weiterbildung der erfindungsgemäßen Temperiervorrichtung vorgesehen sein, dass das erste Hülsenteil und/oder der Lagerschild aus Stahl, vorzugsweise Edelstahl, Aluminium oder einer Aluminium-Legierung hergestellt sind. Eine derartige Materialauswahl hat sich als besonders geeignet erwiesen, weil neben einer ausreichenden mechanischen Stabilität auch eine hinreichende thermische Leitfähigkeit gegeben ist.
Eine andere Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Temperiervorrichtung zeichnet sich dadurch aus, dass das zweite Hülsenteil und/oder das Abdichtteil als Blechteil(e), insbesondere aus Stahl oder Edelstahl oder Kupfer, hergestellt ist (sind). Eine solche Materialauswahl hat sich in der Praxis als vorteilhaft erwiesen, weil neben einer ausreichenden mechanischen Stabilität auch eine gute Verarbeitbarkeit gewährleistet ist.
Noch eine andere Weiterbildung der erfindungsgemäßen Temperiervorrichtung zeichnet sich dadurch aus, dass das zweite Hülsenteil und/oder das Abdichtteil mittels eines thermischen Pressverbands auf dem ersten Hülsenteil gehalten ist (sind). Auf diese Weise lässt sich die Temperiervorrichtung besonders einfach fertigen, indem insbesondere das zweite Hülsenteil erhitzt und entsprechend in seinen Abmessungen vergrößert wird, sodass es leicht auf dem ersten Hülsenteil angeordnet werden kann, wo es nach seiner Abkühlung sicher festgelegt ist.
Des Weiteren kann in Weiterbildung der erfindungsgemäßen Temperiervorrichtung auch vorgesehen sein, dass das zweite Hülsenteil und/oder das Abdichtteil aus Kunststoff, insbesondere PA, PE und/oder PP, vorzugsweise faserverstärkt, höchst vorzugsweise glasfaserverstärkt, hergestellt ist (sind). Auch eine solche Materialwahl für das zweite Hülsenteil und/oder das Abdichtteil hat sich in der Praxis als sinnvoll und vorteilhaft erwiesen.
Als besonders vorteilhaft hat es sich erwiesen, wenn bei einer Weiterbildung der erfindungsgemäßen Temperiervorrichtung das zweite Hülsenteil auf das erste Hülsenteil und/oder das Abdichtteil auf den Lagerschild aufgeschrumpft und vorzugsweise außerhalb der jeweiligen Vertiefungen mit diesem verklebt ist. Auf diese Weise ergibt sich eine besonders einfache Herstellbarkeit, weil insbesondere das zweite Hülsenteil nach Art eines Schrumpfschlauchs auf das erste Hülsenteil aufgebracht und dort fixiert werden kann, indem es beispielsweise in an sich bekannterweise erwärmt wird, wobei es sich zusammenzieht und dadurch fixiert wird. In diesem Zusammenhang ist es insbesondere auch möglich, das zweite Hülsenteil und/oder das Abdichtteil an seiner jeweiligen Innenseite zumindest in den Bereichen außerhalb der Vertiefungen mit einem Klebstoff (Heißkleber) zu versehen, um die Fixierung zu verbessern und gleichzeitig für eine verbesserte Abdichtung der Vertiefungen gegeneinander zu sorgen.
Darüber hinaus kann bei einer Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Temperiervorrichtung auch vorgesehen sein, dass das zweite Hülsenteil zumindest teilumfänglich in der Form eines Bands auf das erste Hülsenteil aufgewickelt ist, vorzugsweise in der Form eines Klebebands, höchst vorzugsweise bei Beaufschlagung der Vertiefungen mit einem Gegendruck während des Aufwickelns, welches Band vorzugsweise nach Art einer Schwermatte und/oder als Schaummaterial ausgebildet ist. Auch eine solche Ausgestaltung kann zu einer vereinfachten Herstellbarkeit der Temperiervorrichtung beitragen, weil es insbesondere nicht erforderlich ist, das zweite Hülsenteil als Ganzes über das erste Hülsenteil zu ziehen, sondern das zweite Hülsenteil kann durch Wickeln aus einem Bandmaterial sukzessive aufgebaut werden. Insbesondere in diesem Zusammenhang ist auch eine mehrlagige Ausgestaltung insbesondere des zweiten Hülsenteils möglich.
Vorzugsweise kann bei einer anderen Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Temperiervorrichtung noch vorgesehen sein, dass das zweite Hülsenteil und/oder das Abdichtteil aus einem auf das erste Hülsenteil oder den Lagerschild aufvulkanisierten Elastomermaterial, zum Beispiel Gummi, gebildet sind. Neben einer guten Abdichtungswirkung kann sich eine solche Ausgestaltung auch durch eine verbesserte Dämpfungswirkung, insbesondere gegenüber Luftschall, auszeichnen.
Eine andere Weiterbildung der erfindungsgemäßen Temperiervorrichtung zeichnet sich dadurch aus, dass an dem ersten Hülsenteil auf der anderen Stirnseite, d.h. gegenüber einem (einstückig mit dem Hülsenteil ausgebildeten) Lagerschild ein weiteres Bauteil angebracht ist, vorzugsweise ein das erste Hülsenteil zumindest teilweise verschließender weiterer Lagerschild, höchst vorzugsweise angeschweißt. Auf diese Weise kann der Freiraum innerhalb des ersten Hülsenteils, der zum Aufnehmen des Elektromoduls dient, beidseitig (dicht) verschlossen sein, um das Elektromodul gegenüber schädlichen Außeneinwirkungen zu schützen.
Insbesondere wenn das Elektromodul als Elektromotor ausgebildet ist, kann in besonders vorteilhafter Weiterbildung der erfindungsgemäßen Temperiervorrichtung vorgesehen sein, dass das erste Hülsenteil als sogenannter Statorträger für den Elektromotor fungiert, um die Anzahl der zu verwendenden Bauteile zu reduzieren.
Eine Weiterbildung des erfindungsgemäßen Verfahrens zeichnet sich - unter Verwendung einer entsprechend ausgestalteten Temperiervorrichtung - dadurch aus, dass in Schritt d) das Temperierfluid durch die Zuleitung eingeleitet und durch die Ausleitung ausgeleitet wird. Auf diese Weise lässt sich eine ausreichende Temperierung des Elektromoduls gewährleisten - insbesondere, wenn das Temperierfluid mit einem übergeordneten Temperierkreislauf in Wirkverbindung steht.
Eine andere Weiterbildung des erfindungsgemäßen Verfahrens zeichnet sich - unter Verwendung einer entsprechend ausgestalteten Temperiervorrichtung - dadurch aus, dass durch das Temperierfluid weiterhin zu temperierende Komponenten des Elektromoduls, vorzugsweise Elektronikkomponenten, wie Inverter oder dergleichen, im Bereich des Abdichtteils angeordnet und entsprechend temperiert werden. Auf diese Weise können auch die genannten Elektronikkomponenten oder dergleichen effizient temperiert werden, ohne dass zu diesem Zweck ein zusätzlicher Temperierkreislauf vorzusehen wäre.
Weitere Eigenschaften und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung von Ausführungsbeispielen anhand der Zeichnungen.

1 zeigt im Längsschnitt eine erste Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Temperiervorrichtung;
2 zeigt in einer perspektivischen Darstellung eine weitere Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Temperiervorrichtung mit noch getrenntem erstem und zweitem Hülsenteil;
3 zeigt die Temperiervorrichtung aus 2 in ihrem zusammengebauten Zustand;
4 zeigt im Längsschnitt noch eine andere Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Temperiervorrichtung;
5 zeigt im Längsschnitt eine weitere Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Temperiervorrichtung bzw. des Elektromoduls mit zusätzlichen Elektronikkomponenten; und
6 zeigt im Längsschnitt noch eine weitere Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Temperiervorrichtung mit endständigen Lagerringen.

1 zeigt im Längsschnitt eine erfindungsgemäße Temperiervorrichtung 1, die zum Temperieren eines (hier nicht gezeigten) Elektromoduls, vorzugsweise eines Elektromotors, bestimmt ist. Die Temperiervorrichtung 1 umfasst ein erstes zylinderförmiges Hülsenteil 2, welches einen Innenraum 3 zum Aufnehmen des Elektromoduls umschließt. Weiterhin umfasst die Temperiervorrichtung 1 ein zweites zylinderförmiges Hülsenteil 4, welches radial außerhalb des 1. Hülsenteils 2 angeordnet ist. Das erste Hülsenteil 2 weist im Wesentlichen eine glattzylindrische Außenfläche 2a auf, in welcher Außenfläche 2a jedoch über wenigstens einen Teil des Umfangs umlaufende Vertiefungen 2b für ein Temperierfluid ausgebildet bzw. angeordnet sind. Das zweite Hülsenteil 4 liegt außerhalb der genannten Vertiefungen 2b dichtend an dem ersten Hülsenteil 2 an. Dies bedeutet, dass das zweite Hülsenteil 4 dort dichtend an dem ersten Hülsenteil 2 anliegt, wo Letzteres keine Vertiefungen 2b aufweist, wie insbesondere in 1 dargestellt. Somit wird ein Austreten von Temperierfluid (Massenschlupf) aus den Vertiefungen 2b verhindert.
Bezugszeichen L bezeichnet die Längsachse der Anordnung bzw. der Temperiervorrichtung 1.
Das erste Hülsenteil 2 ist endständig auf seiner einen Stirnseite (links in 1, ohne Beschränkung) durch einen Lagerschild 5 verschlossen, welcher Lagerschild 5 einstückig mit dem ersten Hülsenteil 2 als Gussteil, insbesondere aus Stahl oder Aluminium, ausgeführt ist. Der Lagerschild 5 bzw. das Hülsenteil 2 bildet randständig einen sogenannten Lagerring 5a aus, der in radialer Richtung über das erste Hülsenteil 2 hinausragt. Der Lagerring 5 kann zum Aufnehmen eines Lagers für eine Welle des Elektromoduls (hier nicht gezeigt) dienen, worauf weiter unten noch genauer eingegangen wird.
Im Bereich des Lagerschilds 5 bzw. des Lagerring 5a weist die Temperiervorrichtung 1 einen Durchbruch 6 auf, der sich in axialer Richtung, d. h. parallel zur Längsachse L erstreckt. Über den Durchbruch 6 steht der durch die Vertiefungen 2b gebildete Strömungsraum für das Temperierfluid mit der äußeren Umgebung der Temperiervorrichtung 1 in fluidleitender Verbindung. Der Durchbruch 6 dient als Zuleitung zum Zuführen des Temperierfluids zu den Vertiefungen 2b, um das Elektromodul zu temperieren. Die Temperiervorrichtung 1 kann analog zu dem Durchbruch 6 auch noch eine Ableitung zum Ableiten von Temperierfluid aus den Vertiefungen 2b aufweisen. Hierauf wird weiter unten anhand der 2 bis 6 noch genauer eingegangen.
Vorteilhafterweise bilden die Vertiefungen 2b einen zusammenhängenden Strömungsraum, sodass dieser über den gezeigten einen Durchbruch 6 insgesamt mit Temperierfluid versorgbar ist.
Das zweite Hülsenteil 4 kann vorteilhafter Weise aus Metallblech, zum Beispiel Stahlblech oder Kupferblech, gebildet sein und ist bevorzugt mittels eines thermischen Pressverbands auf dem ersten Hülsenteil 2 befestigt. Es kommen jedoch auch alternative Ausgestaltungen des zweiten Hülsenteils 4 in Betracht, auf die insbesondere im einleitenden Teil der Beschreibung detailliert eingegangen wurde. Beispielhafter Weise kann das zweite Hülsenteil 4 auch als eine Art Schrumpfschlauch aus einem Kunststoffmaterial ausgebildet sein. Weitere mögliche Ausgestaltungen umfassen ein Wickelteil oder ein aufvulkanisiertes Elastomermaterial.
In 2 ist eine erfindungsgemäße Temperiervorrichtung 1 perspektivisch dargestellt, wobei das erste Hülsenteil 2 und das zweite Hülsenteil 4 voneinander getrennt sind. Gleiche Bezugszeichen bezeichnen hier und im Folgenden gleiche oder zumindest gleich wirkende Elemente.
Auf der linken Seite in 2 ist ein zentraler Durchbruch 7 in dem Lagerschild 5 gezeigt, der insbesondere zum Durchführen einer Welle des Elektromoduls (hier nicht gezeigt) dienen kann, wie bereits angemerkt. Außerdem entnimmt man der 2, dass die Vertiefungen 2b ausgehend von der Zuleitung (axialer Durchbruch) 6 in einem gemeinsamen Sammel-/Verteilerbereich 2c münden, von wo aus das Temperierfluid durch eine entsprechende Ausnehmung (Durchbruch) 4a in dem zweiten Hülsenteil 4 radial aus der Temperiervorrichtung 1 ausleitbar ist. Zu diesem Zweck ist in dem genannten Sammel-/Verteilerbereich 2c eine kreisförmige Vertiefung (Mulde) vorgesehen, die mit der Ausnehmung 4a korrespondiert, wenn das zweite Hülsenteil 4 auf dem ersten Hülsenteil 2 angeordnet ist.
Wie man der 2 noch entnimmt, erstrecken sich die Vertiefungen 2b von dem Durchbruch 6 weg zunächst in axialer Richtung, um dann in einen umfänglichen Verlauf überzugehen, bis sie in den genannten Sammel-/Verteilerbereich 2c münden.
In 3 ist die Temperiervorrichtung 1 gemäß 2 in ihrem zusammengesetzten Zustand gezeigt. Die Ausnehmung 4a ist dabei gerade genau oberhalb der genannten kreisrunden Vertiefung in dem Sammel-/Verteilerbereich 2c angeordnet.
In 4 ist eine weitere Ausgestaltung der Temperiervorrichtung 1 im Längsschnitt dargestellt. Das zweite Hülsenteil 4 weist hierbei zwei radiale Aushalsungen 4b, 4c auf, die als Zuleitung bzw. als Ableitung für das Temperierfluid TF dienen. Weiterhin ist in 4 schematisch ein Fördermittel (Pumpe) 8 für das Temperierfluid TF dargestellt. Durch das Fördermittel 8 wird das Temperierfluid TF gemäß dem Pfeil durch die Zuleitung 4b in die Vertiefungen 2b geleitet, welche es durch die Ausleitung 4c wieder verlässt. Auf diese Weise resultiert ein Temperierkreislauf zum Temperieren eines Elektromoduls (hier nicht gezeigt) mithilfe der Temperiervorrichtung 1. Wie der Fachmann selbstverständlich erkennt, ist das Vorsehen eines Fördermittels 8 nicht auf die Ausgestaltung gemäß 4 beschränkt, sondern kann auch bei allen anderen Ausgestaltungen Anwendung finden.
5 zeigt eine weitere Ausgestaltung der Temperiervorrichtung 1, die zunächst im Wesentlichen der Ausgestaltung gemäß 1 entspricht. Gestrichelt ist in 5 das eigentliche Elektromodul in Form eines Elektromotors 9 mit Abtriebswelle 9a dargestellt. Die Erfindung ist nicht auf eine Verwendung mit Elektromotoren beschränkt. Die Abtriebswelle 9a ist durch den bereits erwähnten zentralen Durchbruch 7 in dem Lagerschild 5 geführt, auch wenn der Lagerschild 5 bei der Ausgestaltung gemäß 5 - ohne Beschränkung - auf der anderen Seite der Anordnung verortet ist. Bei Bezugszeichen 7a ist zudem noch ein Lager für die Abtriebswelle 9a dargestellt.
Bemerkenswert ist nun, dass bei der Ausgestaltung gemäß 5 das zweite Hülsenteil 4 endständig verlängert und bis auf die Stirnseite der Anordnung in dem Bereich des Lagerschilds 5 geführt ist, sodass es diesen bis hin zu dem zentralen Durchbruch 7 überdeckt und ein stirnseitiges Abdichtteil 4' bildet, das von außen dichtend an dem Lagerschild 5 anliegt, welches Abdichtteil 4` somit mit dem zweiten Hülsenteil 4 einstückig verbunden ist. Auch der Lagerschild 5 weist Vertiefungen 2b' auf, deren Ausgestaltung im Wesentlichen einer Ausgestaltung der Vertiefungen 2b des ersten Hülsenteils 2 entspricht. Auch im Bereich des Lagerschilds 5 liegt das zweite Hülsenteil 4 bzw. das Abdichtteil 4' in den Bereichen zwischen den Vertiefungen 2b' dichtend von außen an dem Lagerschild 5 an.
Die Erfindung ist jedoch insbesondere nicht auf eine einstückige Ausgestaltung von zweitem Hülsenteil 4 und Abdichtteil 4' beschränkt. Vielmehr kommt auch in Betracht, die beiden zuletzt genannten Elemente als separate Bauteile auszubilden. Eine einstückige Ausgestaltung kann jedoch aus Handhabungsgründen bevorzugt sein.
Wie in 5 noch dargestellt ist, weist die Anordnung bei Bezugszeichen 10 zusätzliche Elektronikkomponenten, beispielsweise Inverter, auf, die axial von außen auf dem zweiten Hülsenteil 4 Bereich des Lagerschilds 5 angeordnet sind. Auf diese Weise kann mittels eines durch die Vertiefungen 2b' geleiteten Temperierfluids neben einer Temperierung des Elektromoduls 9 auch eine Temperierung der weiteren Elektronikkomponenten 10 bewirkt werden. Vorzugsweise stehen die Vertiefungen 2b und die Vertiefungen 2b' in fluidtechnischer Wirkverbindung, sodass nur ein einziger, durchgängiger Temperierkreislauf resultiert.
Vorzugsweise ist das zweite Hülsenteil 4 gemäß der Ausgestaltung in 5 aus einem gut wärmeleitenden Material gebildet, insbesondere aus Metallblech, um für eine wirksame Temperierung der Elektronikkomponenten 10 sorgen zu können. Der Elektronikkomponenten 10 sind vorzugsweise gut wärmeleitend mit dem zweiten Hülsenteil 4 verbunden, vorzugsweise unter Verwendung einer Wärmeleitpaste oder dergleichen.
In 6 ist schließlich eine Ausführungsform der Temperiervorrichtung 1 gezeigt, die Elemente aus den 1 und 4 kombiniert: so kann die Zuleitung des Temperierfluids durch einen axialen Durchbruch 6 erfolgen, während die Ausleitung über die radiale Aushalsung 4c geschieht, oder umgekehrt. Wie man der Figur noch entnimmt, können an beiden Enden des ersten Hülsenteils 2 Lagerringe 5a, 5a' angeordnet sein. Der rechte Lagerring 5a' ist bevorzugt als separates Element ausgebildet, um insbesondere die Montierbarkeit des zweiten Hülsenteils 4 zu gewährleisten.
Wie der Fachmann leicht sieht, ist die Erfindung nicht auf die exemplarisch beschriebenen Ausführungsbeispiele beschränkt. Insbesondere können bestimmte Merkmale der Erfindung, die in den einzelnen Figuren getrennt voneinander dargestellt sind, leicht miteinander kombiniert werden, ohne den Bereich der Erfindung zu verlassen.
Obwohl dies in den Figuren nicht dargestellt ist, kann insbesondere auch die Zuleitung und Ableitung des Temperierfluids jeweils durch axiale Durchbrüche im Bereich des Lagerschilds oder der Lagerringe erfolgen, wie beispielsweise in 1 und 6 auf einer Seite der Anordnung dargestellt. Diese axialen Durchbrüche können auf einer Seite oder auf gegenüberliegenden Seiten der Anordnung vorgesehen sein.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

DE 102018109420 A1 [0003, 0010, 0015]

Claims

Temperiervorrichtung (1) für ein Elektromodul (9), vorzugsweise für einen Elektromotor, aufweisend: ein erstes zylinderförmiges Hülsenteil (2) zum Aufnehmen des Elektromoduls (9); ein radial außerhalb des ersten Hülsenteils (2) angeordnetes zweites zylinderförmiges Hülsenteil (4); bei der das erste Hülsenteil (2) eine glattzylindrische Außenfläche (2a) aufweist, in welcher Außenfläche (2a) über wenigstens einen Teil des Umfangs umlaufende Vertiefungen (2b) für ein Temperierfluid (TF) angeordnet sind, und das zweite Hülsenteil (4) außerhalb der Vertiefungen (2b) dichtend an dem ersten Hülsenteil (2) anliegt.
Temperiervorrichtung (1) nach Anspruch 1, bei der das erste Hülsenteil (2) als Gussteil ausgebildet ist.
Temperiervorrichtung (1) nach Anspruch 1 oder 2, mit einem das erste Hülsenteil (2) auf einer Stirnseite zumindest teilweise verschließenden Lagerschild (5).
Temperiervorrichtung (1) nach Anspruch 3, bei der bei der das erste Hülsenteil (2) und der Lagerschild (5) einstückig ausgebildet sind, vorzugsweise als Gussteil.
Temperiervorrichtung (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 4, bei der der Lagerschild (5) einen Durchbruch (7) aufweist, vorzugsweise einen zentralen Durchbruch für eine Welle des Elektromoduls (9), vorzugsweise eine Antriebs- oder Abtriebswelle (9a).
Temperiervorrichtung (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 5, bei der die Vertiefungen (2b) in wenigstens einen gegenüber der Außenfläche (2a) vertieften Verteil-/Sammelbereich (2c) münden.
Temperiervorrichtung (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 6, bei der die Vertiefungen (2b) und/oder der Verteil-/Sammelbereich (2c) gemäß Anspruch 6 mit wenigstens einer Zuleitung und/oder Ableitung (6) für ein Temperierfluid (TF) fluidleitend verbunden sind, welche Zuleitung oder Ableitung (6) axial durch das erste Hülsenteil (2) geführt ist.
Temperiervorrichtung (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 7, bei der die Vertiefungen (2b) und/oder der Verteil-/Sammelbereich (2c) gemäß Anspruch 6 mit wenigstens einer Zuleitung (4b) und/oder Ableitung (4c) für ein Temperierfluid (TF) fluidleitend verbunden sind, welche Zuleitung (4b) oder Ableitung (4d) radial durch das zweite Hülsenteil geführt ist.
Temperiervorrichtung (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 8, bei der jede Vertiefung (2b) an einem Ende mit einem ersten Verteil-/Sammelbereich (2c) und an einem anderen Ende mit einem zweiten Verteil-/Sammelbereich (2c) in fluidleitender Verbindung steht, und bei der sowohl der erste Verteil-/Sammelbereich (2c) als auch der zweite Verteil-/Sammelbereich (2c) mit jeweils einem Durchbruch (6) in dem ersten Hülsenteil (2) und/oder mit jeweils einem Durchbruch (4b, 4c) in dem zweiten Hülsenteil (4) in fluidleitender Verbindung steht.
Temperiervorrichtung (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 9, mit wenigstens einem endständigen Lagerring (5a), der sich in radialer Richtung über das erste Hülsenteil (2) hinaus erstreckt und vorzugsweise einstückig mit diesem ausgeführt ist, an wenigstens einem Ende des ersten Hülsenteils (2).
Temperiervorrichtung (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 9 bei Rückbezug auf wenigstens einen der Ansprüche 3 bis 5, bei der der Lagerschild (5) entsprechend dem ersten Hülsenteil (2) außenliegende Vertiefungen (2b') aufweist und ein stirnseitiges Abdichtteil (4') außerhalb dieser Vertiefungen (2b') dichtend an dem Lagerschild (5) anliegt, welches Abdichtteil (4') vorzugsweise mit dem zweiten Hülsenteil (4) verbunden ist, höchst vorzugsweise einstückig.
Temperiervorrichtung (1) nach Anspruch 11, bei der die Vertiefungen des Lagerschilds (2b') mit den Vertiefungen (2b) des ersten Hülsenteils (2) fluidleitend verbunden sind.
Temperiervorrichtung (1) nach Anspruch 11 oder 12, bei der weitere zu temperierende Komponenten des Elektromoduls (9), vorzugsweise Elektronikkomponenten (10), wie Inverter oder dgl., im Bereich des Abdichtteils (4') angeordnet oder anordbar sind.
Temperiervorrichtung (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 13, bei der das erste Hülsenteil (2) und/oder der Lagerschild (5) gemäß wenigstens einem der Ansprüche 3 bis 5 oder 11 bis 13 integrierte Aufnahmen für Funktionselemente aufweist, beispielsweise für Sensoren.
Temperiervorrichtung (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 14, bei der das erste Hülsenteil (2) und/oder der Lagerschild (5) gemäß wenigstens einem der Ansprüche 3 bis 5 oder 11 bis 14 aus Stahl, vorzugsweise Edelstahl, Aluminium oder einer Aluminium-Legierung hergestellt sind.
Temperiervorrichtung (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 15, bei der das zweite Hülsenteil (4) und/oder das Abdichtteil (4') gemäß Anspruch 11 oder 13 als Blechteil, insbesondere aus Stahl oder Edelstahl oder Kupfer, hergestellt ist.
Temperiervorrichtung (1) nach Anspruch 16, bei der das zweite Hülsenteil (4) und/oder das Abdichtteil (4') mittels eines thermischen Pressverbands auf dem ersten Hülsenteil (2) gehalten ist.
Temperiervorrichtung (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 15, bei der das zweite Hülsenteil (4) und/oder das Abdichtteil (4') gemäß Anspruch 11 oder 13 aus Kunststoff, insbesondere PA, PE und/oder PP, vorzugsweise faserverstärkt, höchst vorzugsweise glasfaserverstärkt, hergestellt ist.
Temperiervorrichtung (1) nach Anspruch 18, bei der das zweite Hülsenteil (4) auf das erste Hülsenteil (2) und/oder das Abdichtteil (4') auf den Lagerschild (5) aufgeschrumpft und vorzugsweise außerhalb der jeweiligen Vertiefungen (2b, 2b') mit diesem verklebt ist.
Temperiervorrichtung (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 15, bei der das zweite Hülsenteil (4) zumindest teilumfänglich in der Form eines Bands auf das erste Hülsenteil (2) aufgewickelt ist, vorzugsweise in der Form eines Klebebands, höchst vorzugsweise bei Beaufschlagung der Vertiefungen (2b) mit einem Gegendruck während des Aufwickelns, welches Band vorzugsweise nach Art einer Schwermatte und/oder als Schaummaterial ausgebildet ist.
Temperiervorrichtung (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 15, bei der das zweite Hülsenteil (4) und/oder das Abdichtteil (4') gemäß Anspruch 11 oder 13 aus einem auf das erste Hülsenteil (2) oder den Lagerschild (5) aufvulkanisierten Elastomermaterial gebildet sind.
Temperiervorrichtung (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 21 unter Rückbezug auf zumindest Anspruch 3, bei der an dem ersten Hülsenteil (2) auf der anderen Stirnseite ein weiteres Bauteil angebracht ist, vorzugsweise ein das erste Hülsenteil (2) zumindest teilweise verschließender weiterer Lagerschild, höchst vorzugsweise angeschweißt.
Elektromodul (9), zumindest teilweise aufgenommen in dem ersten Hülsenteil (2) einer Temperiervorrichtung (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 22.
Verfahren zum Temperieren eines Elektromoduls (9), vorzugsweise eines Elektromotors, mit den Schritten: a) Bereitstellen des Elektromoduls (9); b) Bereitstellen einer Temperiervorrichtung (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 23; c) Anordnen des Elektromoduls (9) zumindest teilweise in dem ersten Hülsenteil (2) der Temperiervorrichtung (1) und optional weiterer zu temperierende Komponenten des Elektromoduls (9), vorzugsweise Elektronikkomponenten (10), wie Inverter oder dgl., im Bereich des Abdichtteils (4') gemäß Anspruch 11; d) Leiten eines Temperierfluids (TF) durch die Vertiefungen (2b, 2b') der Temperiervorrichtung (1).
Verfahren nach Anspruch 24 unter Verwendung einer Temperiervorrichtung (1) nach Anspruch 7 oder 8, bei dem in Schritt d) das Temperierfluid (TF) durch die Zuleitung (6, 4b) eingeleitet und durch die Ausleitung (4c) ausgeleitet wird.
Verfahren nach Anspruch 24 oder 25 unter Verwendung einer Temperiervorrichtung (1) nach Anspruch 13, bei dem durch das Temperierfluid (TF) weiterhin zu temperierende Komponenten des Elektromoduls (9), vorzugsweise Elektronikkomponenten (10), wie Inverter oder dgl., im Bereich des Abdichtteils (4') temperiert werden.