DE102021126456A1

DE102021126456A1 - Kühlmittelleiteinrichtung für eine einen Hohlwellensitz aufweisende elektrische Maschine, elektrische Maschine und Kraftfahrzeug

Info

Publication number: DE102021126456A1
Application number: DE102021126456.1A
Authority: DE
Inventors: Bernhard Wolf; Benjamin Krank; Simon Strasinsky
Original assignee: Bayerische Motoren Werke AG
Current assignee: Bayerische Motoren Werke AG
Priority date: 2021-10-13
Filing date: 2021-10-13
Publication date: 2023-04-13
Also published as: WO2023061714A1; CN117795831A

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Kühlmittelleiteinrichtung (1) für eine einen Hohlwellensitz (15) aufweisende elektrische Maschine (16), wobei die Kühlmittelleiteinrichtung (1) ein flächiges Kühlmittelsammelelement (2) und ein damit verbundenes Kühlmittelkanalelement (3) aufweist, das das Kühlmittelsammelelement (2) vollständig durchdringt und von diesem um eine bestimmte Kühlmittelkanallänge (5) hervorspringt, sodass eine Kühlmittelsammelfläche (8) des Kühlmittelsammelelements (2) und ein freies Ende (6) des Kühlmittelkanalelements (3) zum Leiten von Kühlmittel fluidisch miteinander verbunden sind, wobei die Kühlmittelkanallänge (5) so bestimmt ist, dass in bestimmungsgemäßer Einbaulage der Kühlmittelleiteinrichtung (1) das Kühlmittelkanalelement (3) am freien Ende (6) in einem Lagersitzabschnitt (19) des Hohlwellensitzes (15) endet. Ferner betrifft die Erfindung eine die Kühlmittelleiteinrichtung (1) aufweisende elektrische Maschine (16) sowie ein Kraftfahrzeug, das die elektrische Maschine (16) aufweist.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Kühlmittelleiteinrichtung für eine elektrische Maschine, die einen Hohlwellensitz aufweist. In dem Hohlwellensitz ist eine Welle, insbesondere eine Rotorwelle, der elektrischen Maschine drehbar gelagert. Mittels der Kühlmittelleiteinrichtung wird im Betrieb der elektrischen Maschine ein Kühlmittelstrom ins Innere der Hohlwelle gerichtet. Zudem betrifft die Erfindung eine elektrische Maschine, die die Kühlmittelleiteinrichtung aufweist, die in bestimmungsgemäßer Einbaulage in/an dem Hohlwellensitz angeordnet ist. Überdies betrifft die Erfindung ein Kraftfahrzeug, das die elektrische Maschine aufweist, beispielsweise als elektrische Traktionsmaschine.
Zum Kühlen einer Welle einer elektrischen Maschine, insbesondere zum Kühlen einer Rotorwelle der elektrischen Maschine, und/oder zum Schmieren dieser Welle ist es bekannt, ein Kühlmittel, beispielsweise ein Maschinenöl oder dergleichen, einzusetzen. Um ein besonders effizientes Kühlen bzw. Schmieren der entsprechenden Welle zu gewährleisten, besteht der Bedarf, das Kühlmittel bzw. Schmiermittel besonders effizient und an Kühlstellen bzw. Schmierstellen zu befördern. Die Welle der elektrischen Maschine lässt sich noch effizienter kühlen, wenn sie als eine Hohlwelle ausgebildet ist, deren Inneres von dem Kühlmittel durchströmt wird. Besonders günstig ist es, wenn das Zuführen des Kühlmittels bzw. Schmiermittels an die entsprechende Kühlstelle bzw. Schmierstelle zumindest weitestgehend passiv erfolgt, sodass auf einer Vielzahl von Pumpen etc. verzichtet werden kann. Jedoch sind Gestaltungsmöglichkeiten beim Herstellen eines Gehäuses der elektrischen Maschine, um die besonders effiziente Kühlmittel- bzw. Schmiermittelzuführung in die Hohlwelle hinein zu gewährleisten, aufgrund eines Herstellprozesses des Gehäuses beschränkt. Denn üblicherweise wird das Gehäuse der elektrischen Maschine gegossen, sodass entsprechende Kühlmittelleitelemente zu Entformungsproblemen des urgeformten Gehäuses aus dessen Gussform führen. Daneben wird das Einleiten des Kühlmittels bzw. Schmiermittels in die Hohlwelle hinein durch die sich im Betrieb der elektrischen Maschine mit hohen Rotationsgeschwindigkeiten drehende Welle erschwert.
Die DE 10 2016 004 931 B4 offenbart eine elektrische Maschine mit einer Rotorhohlwelle, in welche eine Kühllanze hineinragt. Die Kühllanze ist von einem Kühlmittel durchströmbar. Des Weiteren ist die Kühllanze in Bezug zu einem Maschinengehäuse drehfest und/oder ortsfest angeordnet. Eine ähnliche Anordnung wird durch die EP 2 846 440 A1 offenbart, wobei die dort offenbarte elektrische Maschine ein Zuflusselement aufweist, das sich in einer Rotorwelle der elektrischen Maschine hineinerstreckt und von einem Kühlmittel durchströmbar ist.
Es ist Aufgabe der Erfindung, in einem Gehäuse einer elektrischen Maschine befindliches Kühlmittel auf besonders effiziente Weise in das Innere einer Hohlwelle der elektrischen Maschine zu leiten.
Diese Aufgabe wird durch die Gegenstände der unabhängigen Patentansprüche gelöst. Weitere mögliche Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen, der Beschreibung und den Figuren offenbart.
Erfindungsgemäß wird eine Kühlmittelleiteinrichtung für einen Hohlwellensitz einer elektrischen Maschine vorgeschlagen. Bei der elektrischen Maschine handelt es sich zum Beispiel um eine Traktionsmaschine für ein Kraftfahrzeug. In bestimmungsgemäßer Einbaulage der Kühlmittelleiteinrichtung weist die elektrische Maschine also die Kühlmittelleiteinrichtung auf.
Die Kühlmittelleiteinrichtung weist ein flächiges Kühlmittelsammelelement und ein damit verbundenes Kühlmittelkanalelement auf. Dabei durchdringt das Kühlmittelkanalelement das Kühlmittelsammelelement vollständig. Des Weiteren springt das Kühlmittelkanalelement von dem Kühlmittelsammelelement hervor.
Das Kühlmittelsammelelement ist ein Materialkörper, der zum einen Kühlmittelsammelfläche und zum anderen eine der Kühlmittelsammelfläche gegenüberliegende Fläche aufweist. Dabei sind die Kühlmittelsammelfläche und die andere Fläche des Kühlmittelsammelelements über eine Materialstärke bzw. Dicke des Kühlmittelsammelelements voneinander beabstandet und einander entgegengesetzt. Ausgehend von der Fläche, die der Kühlmittelsammelfläche gegenüberliegt bzw. entgegengesetzt ist, springt das Kühlmittelkanalelement um eine bestimmte Kühlmittelkanallänge von dem Kühlmittelsammelelement, insbesondere von dessen Kühlmittelsammelfläche, hervor. Das Kühlmittelkanalelement weist entlang seiner Längserstreckungsrichtung zwei Enden auf, wobei ein freies der Enden des Kühlmittelkanalelements über die Kühlmittelkanallänge von der Kühlmittelsammelfläche des Kühlmittelsammelelements beabstandet ist.
Das dem freien Ende gegenüberliegende Ende des Kühlmittelkanalelements mündet aufseiten der Kühlmittelsammelfläche. Beispielsweise weist das Kühlmittelsammelelement eine Durchgangsöffnung auf, die mit dem Kühlmittelkanalelement korrespondiert und woran das Kühlmittelkanalelement fluidisch angeschlossen ist. Wird im Betrieb der Kühlmitteleinrichtung die Durchgangsöffnung, die in dem Kühlmittelsammelelement ausgebildet ist, ausgehend von der Kühlmittelsammelfläche von einem Kühlmittel oder einem anderen Fluid durchströmt, durchströmt dieses Kühlmittel bzw. Fluid unter einem Herausströmen aus der Durchgangsöffnung das Kühlmittelkanalelement, wonach das entsprechende Kühlmittel bzw. Fluid dann über das freie Ende des Kühlmittelkanalelements aus diesem herausströmt. Mit anderen Worten sind die Kühlmittelsammelfläche des Kühlmittelsammelelements und das freie Ende des Kühlmittelkanalelements zum Leiten von Kühlmittel fluidisch miteinander verbunden. Dabei ist die Kühlmittelkanallänge so bestimmt, dass in bestimmungsgemäßer Einbaulage der Kühlmittelleiteinrichtung das Kühlmittelkanalelement am freien Ende in einem Lagersitzabschnitt des Hohlwellensitzes endet.
Im Betrieb der elektrischen Maschine, die die Kühlmittelleiteinrichtung aufweist, wird im Gehäuse der elektrischen Maschine befindliches Kühlmittel, beispielsweise Maschinenöl, durch eine im Gehäuse rotierende Rotorhohlwelle der elektrischen Maschine aufgewirbelt und - direkt oder indirekt - an das Kühlmittelsammelelement, insbesondere an dessen Kühlmittelsammelfläche, geschleudert, wodurch das Kühlmittel über die Kühlmittelsammelfläche strömt bzw. fließt und folglich in das aufseiten der Kühlmittelfläche mündende Kühlmittelkanalelement einströmt. Hiernach durchströmt das Kühlmittel das Kühlmittelkanalelement in Richtung hin zu dessen freiem Ende, das in den Lagersitzabschnitt des Hohlwellensitzes hineinragt. Da in dem Lagersitzabschnitt des Hohlwellensitzes die Rotorhohlwelle der elektrischen Maschine drehbar gelagert ist, weist das freie Ende des Kühlmittelkanalelements auf das Innere der Rotorhohlwelle, insbesondere koaxial, sodass das Kühlmittel besonders effizient in das Innere der Rotorhohlwelle einströmen kann. Dabei kann insbesondere vorgesehen sein, dass die Rotorhohlwelle und/oder die Kühlmittelleiteinrichtung im Gehäuse der elektrischen Maschine derart angeordnet sind/ist, dass das freie Ende des Kühlmittelkanalelements in das Innere der Rotorhohlwelle hineinragt. Somit wird ein zum Kühlen der Rotorhohlwelle unnutzbarer Leckstrom, der zum Kühlen der Rotorhohlwelle nicht genutzt werden kann, in vorteilhafter Weise verringert.
Des Weiteren ist in bestimmungsgemäßer Einbaulage der Kühlmittelleiteinrichtung ein Lager, insbesondere Wälzlager, das in dem Lagersitzabschnitt des Hohlwellensitzes sitzt und die Rotorhohlwelle an dem Hohlwellensitz lagert, durch das flächige Kühlmittelsammelelement gegen das im Gehäuse der elektrischen Maschine umhergewirbelte Kühlmittel abgeschirmt, sodass ein Planschen des Wälzlagers im Kühlmittel zumindest verringert ist, was zu einem besonders effizienten Betrieb der elektrischen Maschine führt.
In weiterer Ausgestaltung weist die Kühlmittelleiteinrichtung ein Ringdichtungselement auf, das am freien Ende des Kühlmittelkanalelements an einem Außenumfang des Kühlmittelkanalelements fluidisch dicht anliegt. Dadurch ist das Kühlmittelkanalelement aufseiten des freien Endes, das heißt aufseiten der der Kühlmittelsammelfläche gegenüberliegenden Fläche, außenumfangsseitig mittels des Ringdichtungselements umschlossen. In bestimmungsgemäßer Einbaulage der Kühlmittelleiteinrichtung dichtet so das Ringdichtungselement ein Inneres der in dem Hohlwellensitz aufgenommenen Rotorhohlwelle und die der Kühlmittelsammelfläche gegenüberliegende Fläche des Kühlmittelsammelelements fluidisch gegeneinander ab. Denn es ist insbesondere vorgesehen, dass in bestimmungsgemäßer Einbaulage der Kühlmitteleinrichtung das Ringdichtungselement mitsamt zumindest einem Teil des Kühlmittelkanalelements im Inneren der Rotorhohlwelle angeordnet ist. Insoweit kann es sich bei dem Dichtungselement um eine Axialdichtung der Kühlmittelleiteinrichtung handeln. Auf diese Weise ist besonders wirkungsvoll gewährleistet, dass Kühlmittel, das im Inneren der Rotorhohlwelle strömt und/oder umhergeschleudert wird, nicht in nachteiliger Weise im Bereich des Wälzlagers wieder aus der Rotorhohlwelle austritt und dadurch die unerwünschten Planschverluste des Wälzlagers hervorruft.
Generell ist bei der Kühlmittelleiteinrichtung bzw. bei der die Kühlmittelleiteinrichtung aufweisenden elektrischen Maschine vorgesehen, dass zumindest das Kühlmittelkanalelement und eine Längsmittenachse der Rotorhohlwelle zusammenfallen. Mit anderen Worten sind die Rotorhohlwelle und das Kühlmittelkanalelement der Kühlmittelleiteinrichtung zumindest abschnittsweise bzw. bereichsweise koaxial zueinander angeordnet. In diesem Fall fallen eine Längsmittenachse der Kühlmittelleiteinrichtung und die Längsmittenachse der Rotorhohlwelle zusammen. Die Längsmittenachse der Kühlmittelleiteinrichtung und das Kühlmittelsammelelement sind senkrecht zueinander angeordnet, wobei sich das Kühlmittelkanalelement von dem Kühlmittelsammelelement entlang der Längsmittenachse der Kühlmittelleiteinrichtung erstreckt. Das bedeutet, dass das Kühlmittelkanalelement und das Kühlmittelsammelelement senkrecht zueinander angeordnet sind. Die Rotorhohlwelle kann sich - wenn die Rotorhohlwelle und die Kühlmittelleiteinrichtung bestimmungsgemäß relativ zueinander positioniert sind - teilweise in die Kühlmittelleiteinrichtung hineinerstrecken und dabei insbesondere das Kühlmittelkanalelement umschließen.
Des Weiteren kann generell vorgesehen sein, dass die Kühlmittelleiteinrichtung ganz oder teilweise aus metallischem Material und/oder aus einem Kunststoff hergestellt ist. Beispielsweise kann vorgesehen sein, dass das Kühlmittelsammelelement und das Kühlmittelkanalelement aus dem gleichen Material hergestellt sind. Alternativ hierzu kann vorgesehen sein, dass das Kühlmittelsammelelement und das Kühlmittelkanalelement aus einem jeweils unterschiedlichen Material hergestellt sind.
Gemäß einer weiteren Ausgestaltung der Kühlmittelleiteinrichtung weist diese einen Stützkragen auf, der in gleicher Richtung wie das Kühlmittelkanalelement um eine Stützkragenlänge von dem Kühlmittelsammelelement, insbesondere von der der Kühlmittelsammelfläche gegenüberliegenden Fläche des Kühlmittelsammelelements, hervorspringt. Dabei ist insbesondere vorgesehen, dass die Stützkragenlänge und die Kühlmittelkanallänge gleich sind. Mit anderen Worten erstrecken sich der Kühlmittelkanal und der Stützkragen gleich weit von der Fläche, die der Kühlmittelsammelfläche des Kühlmittelsammelelements gegenüberliegt, weg. Beispielsweise sind der Stützkragen und das Kühlmittelkanalelement in Bezug zur Längsmittenachse der Kühlmittelleiteinrichtung koaxial angeordnet.
Aufgrund des Stützkragens der Kühlmittelleiteinrichtung ist diese besonders zuverlässig in/an dem Hohlwellensitz anordenbar und/oder fixierbar. Insoweit ist durch den Stützkragen ein Befestigungselement der Kühlmittelleiteinrichtung gebildet, wobei durch den Stützkragen insbesondere verhindert ist, dass die Kühlmittelleiteinrichtung in bestimmungsgemäßer Einbaulage um eine senkrecht zur Längsmittenachse verlaufende Achse der Kühlmittelleiteinrichtung rotiert wird. Mit anderen Worten ist ein besonders zuverlässiger Sitz der Kühlmittelleiteinrichtung im Hohlwellensitz gewährleistet, indem die Kühlmittelleiteinrichtung über den Stützkragen in/an dem Hohlwellensitz abgestützt ist.
Eine Weiterbildung der Kühlmittelleiteinrichtung sieht vor, dass zumindest das Kühlmittelsammelelement und das Kühlmittelkanalelement miteinander einstückig ausgebildet sind. Sofern die Kühlmittelleiteinrichtung zusätzlich zu dem Kühlmittelsammelelement und dem Kühlmittelkanalelement den Stützkragen aufweist, ist insbesondere vorgesehen, dass das Kühlmittelsammelelement, das Kühlmittelkanalelement und der Stützkragen einstückig miteinander ausgebildet sind. Alternativ ist es denkbar, dass die Elemente der Kühlmittelleiteinrichtung, das heißt das Kühlmittelsammelelement und/oder das Kühlmittelkanalelement und/oder gegebenenfalls der Stützkragen separat voneinander bereitgestellt werden und hiernach kraft-, form- und/oder stoffschlüssig miteinander verbunden werden. Insbesondere ist vorgesehen, dass die Kühlmittelleiteinrichtung als ein Tiefziehteil ausgebildet ist. Auf diese Weise ergibt sich eine besonders zuverlässige bzw. dichte Verbindung zwischen dem Kühlmittelsammelelement und dem Kühlmittelkanalelement, wodurch ein unerwünschtes Lecken des Kühlmittels vorbei an dem Kühlmittelkanalelement und insbesondere in Richtung hin zu dem Lager, verhindert ist. Des Weiteren ist das einstückige Herstellen der Kühlmittelleiteinrichtung, insbesondere das Tiefziehen, ökonomisch und ökologisch besonders günstig sowie besonders rohstoffeffizient.
Gemäß einer Weiterbildung der Kühlmittelleiteinrichtung ist vorgesehen, dass zumindest das Kühlmittelsammelelement und das Kühlmittelkanalelement in Bezug zur Längsmittenachse der Kühlmittelleiteinrichtung rotationssymmetrisch ausgebildet sind. In Draufsicht auf die Kühlmittelleiteinrichtung (siehe 1) ergibt sich so eine kreisringscheibenförmige Gestalt der Kühlmittelleiteinrichtung. Auf diese Weise ist die Kühlmittelleiteinrichtung besonders einfach und/oder aufwandsarm in den Hohlwellensitz einsetzbar, da dieser zumeist ohnehin hohlkreiszylindrisch ausgebildet ist, um ein entsprechendes Wälzlager sowie die außenseitig kreiszylindrisch ausgebildete Rotorhohlwelle aufzunehmen. So sind beim Herstellen des Gehäuses der elektrischen Maschine, das den Hohlwellensitz aufweist, keine Spezialwerkzeuge vonnöten bzw. keine weiteren Werkzeuge, die nicht ohnehin zum Herstellen des Gehäuses der elektrischen Maschine einzusetzen sind. Somit trägt die Kühlmittelleiteinrichtung zu einem besonders effizienten Herstellen des Gehäuses der elektrischen Maschine bei.
In Weiterbildung weist die Kühlmittelleiteinrichtung wenigstens eine in dem Kühlmittelsammelelement separat von dem Kühlmittelkanalelement ausgebildete von Kühlmittel durchströmbare Durchgangsöffnung auf. In bestimmungsgemäßer Einbaulage der Kühlmittelleiteinrichtung ist so eine Möglichkeit geschaffen, ein Wellenlager, das heißt beispielsweise das Wälzlager der Rotorhohlwelle, des Hohlwellensitzes mit Kühlmittel zu beströmen. Beispielsweise kann vorgesehen sein, dass entsprechende Planschverluste in Kauf genommen werden, um das Wälzlager von unerwünscht hohen thermischen Belastungen zu schützen. Bei der jeweiligen Durchgangsöffnung kann es sich zum Beispiel um eine Durchgangsbohrung handeln, die das Kühlmittelsammelelement vollständig durchdringt und deren Durchmesser aus internen Strömungsdynamikversuchen bestimmt werden kann.
Die Erfindung betrifft zudem eine elektrische Maschine, die eine gemäß der vorstehenden Beschreibung ausgebildete Kühlmittelleiteinrichtung sowie einen Hohlwellensitz aufweist. Mittels des Hohlwellensitzes ist eine Hohlwelle der elektrischen Maschine, insbesondere deren Rotorhohlwelle, gelagert, wobei das freie Ende des Kühlmittelkanalelements der Kühlmittelleiteinrichtung in den Lagersitzabschnitt des Hohlwellensitzes und infolgedessen in die Hohlwelle bzw. Rotorhohlwelle hineinragt.
Ferner betrifft die Erfindung ein Kraftfahrzeug, das zumindest teilweise elektrisch antreibbar bzw. fortbewegbar ausgebildet ist und daher eine gemäß der vorstehenden Beschreibung ausgebildete elektrische Maschine aufweist. Bei der elektrischen Maschine handelt es sich somit um eine Traktionsmaschine des elektrisch antreibbaren Kraftfahrzeugs. Demgemäß handelt es sich bei dem Kraftfahrzeug zum Beispiel um ein Hybrid-Kraftfahrzeug oder um ein reinelektrisch antreibbares Kraftfahrzeug. Dabei kann das Kraftfahrzeug als ein Personenkraftwagen, als ein Lastkraftwagen, als ein Kraftomnibus, als ein Kraftrad etc. ausgebildet sein.
Merkmale, Vorteile und vorteilhafte Ausgestaltungen, die im Rahmen der Beschreibung für einen der Gegenstände der unabhängigen Ansprüche dargelegt sind, sind zumindest analog als Merkmale, Vorteile und vorteilhafte Ausgestaltungen des jeweiligen Gegenstands der anderen unabhängigen Ansprüche sowie jeder möglichen Kombination der Gegenstände der unabhängigen Ansprüche anzusehen.
Weitere Merkmale der Erfindung können sich aus den Ansprüchen, den Figuren und der Figurenbeschreibung ergeben. Die vorstehend in der Beschreibung genannten Merkmale und Merkmalskombinationen sowie die nachfolgend in der Figurenbeschreibung und/oder in den Figuren allein gezeigten Merkmale und Merkmalskombinationen sind nicht nur in der jeweils angegebenen Kombination, sondern auch in anderen Kombinationen oder in Alleinstellung verwendbar, ohne den Rahmen der Erfindung zu verlassen.
Die Zeichnung zeigt in:

1 eine Draufsicht einer Kühlmittelleiteinrichtung;
2 eine entlang einer Schnittebene II-II (siehe 1) geschnittene Seitenansicht der Kühlmittelleiteinrichtung;
3 eine perspektivische und teilweise geschnittene Ansicht eines Gehäuses einer elektrischen Maschine, das einen Hohlwellensitz aufweist, an/in welchem die Kühlmittelleiteinrichtung in bestimmungsgemäßer Einbaulage angeordnet ist;
4 eine perspektivische Ansicht des Gehäuses der elektrischen Maschine mit der Kühlmittelleiteinrichtung;
5 eine perspektivische und teilweise geschnittene Ansicht des Gehäuses der elektrischen Maschine, wobei ein Kühlmittelkanalelement in eine Rotorhohlwelle der elektrischen Maschine hineinragt;
6 eine perspektivische und teilweise geschnittene Ansicht des Gehäuses der elektrischen Maschine, wobei ein Wellenlager an/in dem Hohlwellensitz angeordnet ist; und
7 eine perspektivische und teilweise geschnittene Ansicht des Gehäuses der elektrischen Maschine, wobei die Rotorhohlwelle mittels des Wellenlagers in dem Hohlwellensitz gelagert ist.

Im Folgenden werden eine Kühlmittelleiteinrichtung 1, eine die Kühlmittelleiteinrichtung 1 aufweisende elektrische Maschine sowie ein Kraftfahrzeug (nicht dargestellt), das die elektrische Maschine mit der Kühlmittelleiteinrichtung 1 aufweist, in gemeinsamer Beschreibung dargelegt. In den Figuren sind gleiche und funktionsgleiche Elemente mit den gleichen Bezugszeichen versehen.
Es zeigt 1 eine Draufsicht der Kühlmittelleiteinrichtung 1, die ein flächiges Kühlmittelsammelelement 2 verbundenes Kühlmittelkanalelement 3 aufweist. 2 zeigt eine entlang einer Schnittebene II - II (siehe 1) geschnittene Seitenansicht der Kühlmittelleiteinrichtung 1. In Zusammenschau der 1 mit der 2 ist zu erkennen, dass das Kühlmittelsammelelement 2 von dem Kühlmittelkanalelement 3vollständig durchdrungen ist, wobei das Kühlmittelkanalelement 3 entlang einer Längsmittenachse 4 senkrecht von dem Kühlmittelsammelelement 2 hervorspringt. Dabei springt das Kühlmittelkanalelement 3 von dem Kühlmittelsammelelement 2 um eine Kühlmittelkanallänge 5 hervor. Das Kühlmittelkanalelement 3 weist ein freies Ende 6 und ein entlang der Längsmittenachse 4 um die Kühlmittelkanallänge 5 von dem freien Ende beabstandetes und dem freien Ende 6 gegenüberliegendes zweites Ende 7 auf. Dabei mündet das zweite Ende 7 des Kühlmittelkanalelements 3 an einer Kühlmittelsammelfläche 8 des Kühlmittelsammelelements 2. Das freie Ende 6 des Kühlmittelkanalelements 3 mündet aufseiten einer zweiten Fläche 9 des Kühlmittelsammelelements 2, wobei diese zweite Fläche 9 und die Kühlmittelsammelfläche 8 einander entgegengesetzt sind und über eine Materialstärke des Kühlmittelsammelelements 2 voneinander beabstandet sind. Es ergibt sich also, dass die Kühlmittelsammelfläche 8 des Kühlmittelsammelelements 2 und das freie Ende 6 des Kühlmittelkanalelements 3 zum Leiten eines Fluids, insbesondere eines Kühlmittels, fluidisch miteinander verbunden sind.
Die Kühlmittelleiteinrichtung 1 weist im vorliegenden Beispiel weiter ein Ringdichtungselement 10 auf, das aufseiten des freien Endes 6 an einem Außenumfang des Kühlmittelkanalelements 3 fluidisch dicht anliegt. Dadurch umschließt das Ringdichtungselement 10 das Kühlmittelkanalelement 3 außenumfangsseitig. Beispielsweise handelt es sich bei dem Ringdichtungselement 10 um eine Axialdichtung, etwa aus Kunststoff, die beispielsweise torusförmig ausgebildet sein kann.
Des Weiteren weist die Kühlmittelleiteinrichtung 1 vorliegend einen Stützkragen 11 auf, der in gleicher Richtung wie das Kühlmittelkanalelement 3 um eine Stützkragenlänge 12 von dem Kühlmittelsammelelement 2 hervorspringt. Im vorliegenden Beispiel sind die Kühlmittelkanallänge und die Stützkragenlänge 12 gleich, was bedeutet, dass das Kühlmittelkanalelement 3 und der Stützkragen 11 gleich weit von dem Kühlmittelsammelelement 2 hervorspringen.
Zwar kann es vorgesehen sein, dass die Elemente der Kühlmittelleiteinrichtung 1, das heißt das Kühlmittelsammelelement 2, das Kühlmittelkanalelement 3, der Stützkragen 11 separat voneinander bereitgestellt und hiernach kraft-, form- und/oder stoffschlüssig aneinander befestigt werden, um die Kühlmittelleiteinrichtung 1 herzustellen. Im vorliegenden Beispiel ist jedoch vorgesehen, dass das Kühlmittelsammelelement 2 und das Kühlmittelkanalelement 3 und insbesondere der Stützkragen 11 einstückig miteinander ausgebildet sind, wobei durch das einstückige Ausbilden des Kühlmittelsammelelements 2, des Kühlmittelkanalelements 3 und des Stützkragens 11 die Kühlmittelleiteinrichtung 1 hergestellt wird. Beispielsweise wird die Kühlmittelleiteinrichtung 1 gebildet, indem ein Rohmaterialkörper umgeformt wird, insbesondere tiefgezogen wird. Das bedeutet, dass die Kühlmittelleiteinrichtung 1 im vorliegenden Beispiel als ein Tiefziehteil ausgebildet ist. Unter dem Tiefziehen des Rohmaterialkörpers werden somit das Kühlmittelsammelelement, das Kühlmittelkanalelement und im vorliegenden Beispiel der Stützkragen 11 gemeinsam miteinander hergestellt, insbesondere mit lediglich einem einzigen Tiefziehhub.
Es ist denkbar, dass die Kühlmittelleiteinrichtung 1 zumindest teilweise aus einem Kunststoff hergestellt ist. Vorliegend handelt es sich bei der Kühlmittelleiteinrichtung 1 um ein Blechteil, was bedeutet, dass die Kühlmittelleiteinrichtung 1 aus einem metallischen Material, insbesondere Stahlblech, hergestellt ist.
Aus 1 und 2 ist des Weiteren zu erkennen, dass im vorliegenden Beispiel die Kühlmittelleiteinrichtung 1 einen wenigstens eine Durchgangsöffnung 13 aufweisenden Durchgangsöffnungssatz 14 aufweist, wobei die jeweilige Durchgangsöffnung 13 das Kühlmittelsammelelement 2 vollständig durchdringt und jeweils separat von dem Kühlmittelkanalelement 3 ausgebildet ist. Der Zweck des Durchgangsöffnungssatzes 14 wird weiter unten noch näher erläutert.
Im vorliegenden Beispiel ist des Weiteren vorgesehen, dass - abgesehen von dem Durchgangsöffnungssatz 14 - die Kühlmittelleiteinrichtung 1 in Bezug zur Längsmittenachse 4 rotationssymmetrisch ausgebildet ist. Das bedeutet, dass zumindest das Kühlmittelsammelelement 2 und das Kühlmittelkanalelement 3 in Bezug zu der Längsmittenachse 4 der Kühlmittelleiteinrichtung 1 rotationssymmetrisch ausgebildet sind. Da im vorliegenden Beispiel die Kühlmittelleiteinrichtung 1 den Stützkragen 11 aufweist, ist des Weiteren vorgesehen, dass der Stützkragen 11 in Bezug zur Längsmittenachse 4 rotationssymmetrisch ausgebildet ist.
Die Kühlmittelleiteinrichtung 1 ist für eine einen Hohlwellensitz 15 aufweisende elektrische Maschine 16 vorgesehen, die im Folgenden näher beschrieben wird. Hierzu zeigt 3 eine perspektivische und teilweise geschnittene Ansicht eines Gehäuses 17 der elektrischen Maschine 16, wobei das Gehäuse 17 den Hohlwellensitz 15 aufweist, an/in welchem die Kühlmittelleiteinrichtung 1 in bestimmungsgemäßer Einbaulage angeordnet ist. Das bedeutet, dass in bestimmungsgemäßer Einbaulage der Kühlmittelleiteinrichtung 1 die elektrische Maschine 16 die Kühlmittelleiteinrichtung 1 aufweist. Mit anderen Worten ist durch die Kühlmittelleiteinrichtung 1 ein Bestandteil der elektrischen Maschine 16 gebildet. Mittels des Hohlwellensitzes 15 der elektrischen Maschine 16, insbesondere des Gehäuses 17, ist eine Hohlwelle 18 (erstmals dargestellt in 5) drehbar an/in dem Gehäuse 17 gelagert. Bei der Hohlwelle 18 handelt es sich zum Beispiel um eine Rotorwelle der elektrischen Maschine 16, was bedeutet, dass die Rotorwelle in diesem Fall als eine Rotorhohlwelle ausgebildet ist.
Bei der Kühlmittelleiteinrichtung 1 ist die Kühlmittelkanallänge so bestimmt, dass in bestimmungsgemäßer Einbaulage (wie beispielweise in 3 dargestellt) das Kühlmittelkanalelement 3 am freien Ende 6 an einem Lagersitzabschnitt 19 des Hohlwellensitzes 15 endet. Der Lagersitzabschnitt 19 weist hierzu einen Haltebereich 20 auf, der mit einer Außenumfangskontur der Kühlmittelleiteinrichtung 1, insbesondere mit einer Außenumfangskontur des Stützkragens 11, korrespondiert, sodass in bestimmungsgemäßer Einbaulage der Kühlmitteleinrichtung 1 diese in dem Haltebereich 20 des Lagersitzabschnitts 19 angeordnet und insbesondere gehalten ist. Mit anderen Worten stützt sich die Kühlmittelleiteinrichtung 1, insbesondere über deren Stützkragen 11, an dem Haltebereich 20 des Lagersitzabschnitts 19 und infolgedessen des Gehäuses 17 ab.
4 zeigt hierzu eine perspektivische Ansicht des Gehäuses 17 der elektrischen Maschine 16 mit der Kühlmittelleiteinrichtung 1 in bestimmungsgemäßer Einbaulage. Wie das Kühlmittelkanalelement 3 mit dessen freiem Ende 6 in die Hohlwelle 18 der elektrischen Maschine 16 hineinragt, ist in 5 dargestellt, die eine perspektivische und teilweise geschnittene Ansicht des Gehäuses 17 der elektrischen Maschine 16 zeigt. In dieser Darstellung ist zu erkennen, dass aufgrund der Anordnung des Ringdichtungselements 10 in bestimmungsgemäßer Einbaulage der Kühlmittelleiteinrichtung ein Inneres 21 der in dem Hohlwellensitz 15 aufgenommenen Hohlwelle 18 und die zweite Fläche 9 der Kühlmittelleiteinrichtung 1 mittels des Ringdichtungselements 10 fluidisch voneinander abgedichtet sind.
Die elektrische Maschine 16 weist im vorliegenden Beispiel ein Wellenlager 22 auf, das in einem Lagerhaltebereich 23 des Lagersitzabschnitts 19 des Gehäuses 17 aufgenommen ist. Hierzu zeigt 6 eine perspektivische und teileweise geschnittene Ansicht des Gehäuses 17 der elektrischen Maschine 16, wobei das Wellenlager 22 an/in dem Hohlwellensitz 15 angeordnet ist, indem das Wellenlager 22 in dem mit dem Wellenlager 22 korrespondierenden Lagerhaltebereich 23 angeordnet ist und infolgedessen darin gehalten ist.
Ein Betrieb der elektrischen Maschine 16 stellt sich wie folgt dar: Die Hohlwelle 18 wird mittels eines Kühlmittels gekühlt, indem das Kühlmittel in einer durch das Gehäuse 17 definierten Kammer 24, beispielsweise einer Rotorkammer, der elektrischen Maschine 16 aufgewirbelt wird. Das im Betrieb der elektrischen Maschine 16 aufgewirbelte Kühlmittel, beispielsweise ein Maschinenöl etc., wird, dadurch, dass es in der Kammer 24 umhergeschleudert wird, mittels eines Zuleitelements 25 hin zum Kühlmittelsammelelement 2 der Kühlmittelleiteinrichtung 1 geleitet. Ein entsprechender Kühlmittelpfad 26 ist beispielsweise in 3 angedeutet. Das Kühlmittel strömt somit an der Kühlmittelsammelfläche 8 der Kühlmittelleiteinrichtung 1 und über das zweite Ende 7 in das Kühlmittelkanalelement 3 ein, sodass das Kühlmittel danach das Kühlmittelkanalelement 3 entlang der Längsmittenachse 4 durchströmt, um über das freie Ende 6 aus dem Kühlmittelkanalelement 3 auszuströmen. Dadurch strömt das aus dem freien Ende 6 des Kühlmittelkanalelements 3 ausströmende Kühlmittel in das Innere 21 der Hohlwelle 18 ein, da diese zumindest teilweise koaxial zu der Kühlmittelleiteinrichtung 1 angeordnet ist. Mit anderen Worten fallen die Längsmittenachse 4 der Kühlmittelleiteinrichtung 1 und eine Längsmittenachse 27 der Hohlwelle 18 zumindest bereichsweise zusammen. Des Weiteren erstreckt sich die Hohlwelle 18 im vorliegenden Beispiel entlang der Längsmittenachse 27 bzw. entlang der Längsmittenachse 4 in den Haltebereich 20 des Hohlwellensitzes 15 hinein, wodurch das Kühlmittelkanalelement 3 sich in einen Lagerabschnitt 28 der Hohlwelle 18 hineinerstreckt. Auf diese Weise ist gewährleitstet, dass das Kühlmittel besonders zuverlässig bzw. effizient in das Innere 21 der Hohlwelle 18 einströmt und dadurch die Hohlwelle 18 besonders effizient gekühlt wird. Es ist festzuhalten, dass das Zuleitelement 25 frei von einem aktiven Kühlmitteltransportelement, beispielsweise frei von einer Pumpe etc., ist, sodass das Kühlen des Inneren 21 der Hohlwelle 18 im vorliegenden Beispiel rein passiv erfolgt, sobald das Kühlmittel im Betrieb der elektrischen Maschine 16 aufgewirbelt wurde. Mit anderen Worten wird das im Betrieb der elektrischen Maschine 16 aufgewirbelte Kühlmittel, das zum Kühlen der Hohlwelle 18 eingesetzt wird, nach dem Aufwirbeln bzw. Umherschleudern nicht mehr mittels einer Pumpe etc. befördert. Stattdessen wird das Kühlmittel im vorliegenden Beispiel an eine Gehäuseinnenwand 29 des Gehäuses 17 geschleudert, um an dieser Gehäuseinnenwand 29 entlangzuströmen bzw. entlangzufließen, wobei das Kühlmittel auf die Kühlmittelsammelfläche 8 geleitet wird.
Fig, 7 zeigt eine perspektivische und teilweise geschnittene Ansicht des Gehäuses 17 der elektrischen Maschine 16, wobei die Rotorhohlwelle, das heißt die Hohlwelle 18 mittels des Wellenlagers 22 in dem Hohlwellensitz 15 gelagert ist. Dabei ist in Zusammenschau mit der 6 und/oder mit der 4 zu erkennen, dass die Kühlmittelleiteinrichtung 1 im Hohlwellensitz 15, insbesondere im Haltebereich 20 gehalten ist oder wird, indem das Wellenlager 22 bestimmungsgemäß in dem Lagerhaltebereich 23 eingesetzt ist. Dabei ist zwischen dem Wellenlager 22 und dem Gehäuse 17 die Kühlmittelleiteinrichtung 1 formschlüssig gehalten. Genauer gesagt wird in bestimmungsgemäßer Einbaulage der Kühlmittelleiteinrichtung 1 diese zwischen dem Wellenlager 22 und dem Gehäuse 17 der elektrischen Maschine 16 gehalten. Durch die abseits des Kühlmittelkanalelements 3 ununterbrochene Form des Kühlmittelsammelelements 2 wird im Betrieb der elektrischen Maschine 16 verhindert, dass Kühlmittel, das über das Zuleitelement 25 in das Innere 21 der Hohlwelle 18 geleitet wird, in unerwünschter Weise in/an das Wellenlager 22 geleitet wird, wodurch unerwünschte Planschverluste des Wellenlagers 22 vermieden bzw. verringert werden. Denn durch das Kühlmittelsammelelement 2 ist das Wellenlager 22 aufseiten des Gehäuses 17 bedeckt bzw. überdeckt, sodass das Kühlmittel nicht in unerwünschter Weise aus dem Zuleitelement 25 heraus und zwischen Lagerringe 29 und Wälzelemente 30 des Wellenlagers 22 gerät.
Aus 7 geht des Weiteren hervor, dass die Kühlmittelleiteinrichtung 1 mit deren Kühlmittelsammelelement 2 fluidisch dicht an das Gehäuse 17 der elektrischen Maschine 16 angrenzt. Es kann aber - beispielsweise bei einer weiteren Ausgestaltung der Kühlmittelleiteinrichtung 1 und/oder der elektrischen Maschine 16 - durchaus vorgesehen sein, dass ein radiales Strömen von Kühlmittel entlang der Kühlmittelsammelfläche 8 erwünscht ist. Beispielsweise kann so das Kühlmittel zum Kühlen des Wellenlagers 22 eingesetzt werden, wofür die Kühlmittelleiteinrichtung 1, insbesondere das Kühlmittelsammelelement 2, den Durchgangsöffnungssatz 14 mit der wenigstens einen Durchgangsöffnung 13 aufweist. Somit kann im Betrieb der elektrischen Maschine 16 Kühlmittel abseits des Kühlmittelkanalelements 3 entlang der Kühlmittelsammelfläche 8 strömen und durch die jeweilige Durchgangsöffnung 13 hindurchströmen, sodass das aufseiten der zweiten Fläche 9 aus der Durchgangsöffnung 13 herausströmende Kühlmittel bestimmungsgemäß zwischen die Lagerringe 29 und die Wälzelemente 30 des Wellenlagers 22 strömen kann. Auf diese Weise wird das Wellenlager 22 besonders effizient gekühlt, wobei ein entsprechender Planschverlust in Kauf genommen wird.
Das Ringdichtungselement 10 ist als optionaler Bestandteil der Kühlmittelleiteinrichtung 1 zu verstehen. Denn ein Beströmen des Wellenlagers 22 mit Kühlmittel kann im vorliegenden Beispiel ebenso erfolgen, wenn das Ringdichtungselement 10 nicht eingesetzt bzw. nicht verbaut wird. In diesem Fall kann Kühlmittel, das aus dem Inneren 21 der Hohlwelle 18 in Richtung hin zu der Kühlmittelleiteinrichtung 1 (zurück) strömt, in den Bereich zwischen den Lagerringen 29 und den Wälzelementen 30, das heißt in das Wellenlager 22 hinein, strömen, wodurch das Wellenlager 22 bestimmungsgemäß gekühlt wird. Ferner ist es denkbar, dass das Kühlmittel sowohl kühlende als auch schmierende Eigenschaften aufweist, sodass durch das entsprechende Beströmen von Elementen der elektrischen Maschine 16 das entsprechende Element gekühlt und/oder geschmiert wird.
Die elektrische Maschine 16 ist insbesondere als ein Traktionsmotor für ein Kraftfahrzeug ausgebildet. Das bedeutet, dass in bestimmungsgemäßer Einbaulage der elektrischen Maschine 16 das Kraftfahrzeug die elektrische Maschine 16 aufweist. Insoweit weist das Kraftfahrzeug die Kühlmittelleiteinrichtung 1 auf. Bei dem Kraftfahrzeug handelt es sich um ein zumindest teilweise elektrisch antreibbares Kraftfahrzeug, beispielsweise um ein Hybrid-Kraftfahrzeug oder um ein reinelektrisch antreibbares Kraftfahrzeug. Das Kraftfahrzeug ist dabei insbesondere als ein Personenkraftwagen und/oder Lastkraftwagen ausgebildet.
Bezugszeichenliste

1: Kühlmittelleiteinrichtung
2: Kühlmittelsammelelement
3: Kühlmittelkanalelement
4: Längsmittenachse
5: Kühlmittelkanallänge
6: freies Ende
7: zweites Ende
8: Kühlmittelsammelfläche
9: zweite Fläche
10: Ringdichtungselement
11: Stützkragen
12: Stützkragenlänge
13: Durchgangsöffnung
14: Durchgangsöffnungssatz
15: Hohlwellensitz
16: elektrische Maschine
17: Gehäuse
18: Hohlwelle
19: Lagersitzabschnitt
20: Haltebereich
21: Inneres der Hohlwelle
22: Wellenlager
23: Lagerhaltebereich
24: Kammer
25: Zuleitelement
26: Kühlmittelpfad
27: Längsmittenachse
28: Lagerabschnitt
29: Lagerring
30: Wälzelement

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

DE 102016004931 B4 [0003]
EP 2846440 A1 [0003]

Claims

Kühlmittelleiteinrichtung (1) für eine einen Hohlwellensitz (15) aufweisende elektrische Maschine (16), wobei die Kühlmittelleiteinrichtung (1) ein flächiges Kühlmittelsammelelement (2) und ein damit verbundenes Kühlmittelkanalelement (3) aufweist, das das Kühlmittelsammelelement (2) vollständig durchdringt und von diesem um eine bestimmte Kühlmittelkanallänge (5) hervorspringt, sodass eine Kühlmittelsammelfläche (8) des Kühlmittelsammelelements (2) und ein freies Ende (6) des Kühlmittelkanalelements (3) zum Leiten von Kühlmittel fluidisch miteinander verbunden sind, wobei die Kühlmittelkanallänge (5) so bestimmt ist, dass in bestimmungsgemäßer Einbaulage der Kühlmittelleiteinrichtung (1) das Kühlmittelkanalelement (3) am freien Ende (6) in einem Lagersitzabschnitt (19) des Hohlwellensitzes (15) endet.
Kühlmittelleiteinrichtung (1) nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch ein Ringdichtungselement (10), das am freien Ende (6) an einem Außenumfang des Kühlmittelkanalelements (3) fluidisch dicht anliegt und das Kühlmittelkanalelement (3) dadurch außenumfangsseitig umschließt, wodurch das Ringdichtungselement (10) in bestimmungsgemäßer Einbaulage der Kühlmittelleiteinrichtung (1) ein Inneres (21) einer in dem Hohlwellsitz (15) aufgenommenen Hohlwelle (18) und eine der Kühlmittelsammelfläche (8) gegenüberliegende Fläche (9) des Kühlmittelsammelelement (2) fluidisch gegeneinander abdichtet.
Kühlmittelleiteinrichtung (1) nach Anspruch 1 oder 2, gekennzeichnet durch einen Stützkragen (11), der in gleicher Richtung wie das Kühlmittelkanalelement (3) um eine Stützkragenlänge (12) von dem Kühlmittelsammelelement (2) hervorspringt.
Kühlmittelleiteinrichtung (1) nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Stützkragenlänge (12) und die Kühlmittelkanallänge (5) gleich sind.
Kühlmittelleiteinrichtung (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Kühlmittelsammelelement (2) und das Kühlmittelkanalelement (3) miteinander einstückig ausgebildet sind.
Kühlmittelleiteinrichtung (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Kühlmittelleiteinrichtung (1) als ein Tiefziehteil (1) ausgebildet ist.
Kühlmittelleiteinrichtung (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Kühlmittelsammelelement (2) und das Kühlmittelkanalelement (3) in Bezug zu einer Längsmittenachse (4) der Kühlmittelleiteinrichtung (1) rotationssymmetrisch ausgebildet sind.
Kühlmittelleiteinrichtung (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 6, gekennzeichnet durch eine in dem Kühlmittelsammelelement (2) separat von dem Kühlmittelkanalelement (3) ausgebildete von Kühlmittel durchströmbare Durchgangsöffnung (13), mittels derer in bestimmungsgemäßer Einbaulage der Kühlmittelleiteinrichtung (1) ein Wellenlager (22) des Hohlwellensitzes (15) mit Kühlmittel beströmbar ist.
Elektrische Maschine (16), die eine nach einem der vorhergehenden Ansprüche ausgebildete Kühlmittelleiteinrichtung (1) sowie einen Hohlwellensitz (15) aufweist, mittels dessen eine Hohlwelle (18) der elektrischen Maschine (16) gelagert ist, wobei das freie Ende (6) des Kühlmittelkanalelements (3) der Kühlmittelleiteinrichtung (1) in den Lagersitzabschnitt (19) des Hohlwellensitzes (15) und infolgedessen in die Hohlwelle (18) hineinragt.
Kraftfahrzeug mit einer nach Anspruch 9 ausgebildeten elektrischen Maschine (16).