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Die Erfindung betrifft eine Rotorwellenanordnung für eine elektrische Maschine insbesondere eines Kraftfahrzeugs, sowie eine elektrische Maschine.
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Die
DE 10 2015 214 309 A1 offenbart eine Hohlwellenkühlung für einen Antrieb eines Elektrofahrzeugs, wobei der Antrieb einen Elektromotor und ein mit einer Rotorhohlwelle des Elektromotors zur Drehmomentübertragung verbundenes Getriebe aufweist. In der Rotorhohlwelle ist eine Hohllanze angeordnet, die so ausgebildet ist, dass sie ein Kühlmittel in einen Hohlraum der Rotorwelle abgeben kann. Die Hohllanze weist an ihrem getriebefernen Ende eine Kühlöffnung auf.
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Weiterhin ist aus der
US 7 489 057 B2 ein Kühlsystem für eine Rotoranordnung mit einer Rotorwelle bekannt. Ein Teil der Rotorwelle ist hohl ausgebildet, wobei ein Kühlmittelzuführungsrohr starr an der Rotorwelle unter Vermittlung eines oder mehrerer Stützelemente befestigt ist. Hierdurch drehen sich die Rotorwelle und das Kühlmittelzuführungsrohr mit einer gleichen Geschwindigkeit. Durch das Kühlmittelzuführungsrohr wird Kühlmittel gepumpt, bis es am Ende des Kühlmittelzuführungsrohrs austritt und gegen eine Innenfläche der hohlen Rotorwelle strömt, an welcher das Kühlmittel umgelenkt wird.
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Weiterhin ist aus der
WO 2018/137955 A1 eine elektrische Maschine mit einem auf einer Rotorwelle drehfest angeordneten Rotor und einem Rotor bekannt. In der Rotorwelle sind eine axiale Kühlmittelversorgungsleitung und wenigstens eine kühlmittelleitend mit der axialen Kühlmittelversorgungsleitung verbundene radiale Kühlmittelversorgungsleitung angeordnet. Der Rotor ist als geblechter Rotor ausgeführt und die radiale Kühlmittelversorgungsleitung ist kühlmittelleitend mit mindestens einem Blechzwischenraum des geblechten Rotors verbunden.
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Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine Lösung zu schaffen, mittels welcher über eine Lanze in einen Hohlraum einer Rotorwelle geführtes Kühlmittel derart über eine Innenwand des Hohlraums der Rotorwelle verteilt werden kann, dass ein möglichst hoher Wärmeübergang zwischen warmer Rotorwelle und kaltem Fluid zu ermöglicht werden kann.
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Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch den Gegenstand des unabhängigen Patentanspruchs gelöst. Weitere mögliche Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen, der Beschreibung und den Figuren offenbart.
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Die Erfindung betrifft eine Rotorwellenanordnung für eine elektrische Maschine, welche insbesondere dazu eingerichtet ist, ein Kraftfahrzeug mit elektrischer Energie anzutreiben. Die Rotorwellenanordnung umfasst eine hohle Rotorwelle, welche dazu eingerichtet ist, einen zu kühlenden Rotorverbund aufzunehmen. Weiterhin begrenzt die Rotorwelle einen Hohlraum, welcher für ein Kühlen der Rotorwelle dazu eingerichtet ist, von einem Kühlmedium durchströmt zu werden. Weiterhin umfasst die Rotorwellenanordnung eine in den Hohlraum hineinragende Lanze, welche einen Ausströmbereich aufweist, über welchen das in der Lanze geführte Kühlmedium aus der Lanze in den Hohlraum ausströmen kann. Über die Lanze ist somit das Kühlmedium mitten in den Hohlraum der hohlen Rotorwelle hineinführbar und tritt dadurch direkt in Kontakt mit zu kühlenden Innenflächen der Rotorwelle. In dem Ausströmbereich weist die Lanze eine gezielte Lenk- bzw. Verwirbelungseinrichtung auf, über welche dem Kühlmedium beim Ausströmen aus der Lanze gezielt die Ausströmrichtung bzw. Turbulenzen aufgeprägt werden können. Mit anderen Worten wird das Kühlmedium beim Ausströmen aus der Lanze mittels der Verwirbelungseinrichtung mit einer aufgeprägten Turbulenz in den Hohlraum der hohlen Rotorwelle eingebracht. Durch das Aufprägen der Turbulenz auf das Kühlmedium mittels der Verwirbelungseinrichtung beim Ausströmen des Kühlmediums aus dem Ausströmbereich der Lanze kann das Kühlmedium besonders großflächig auf eine den Hohlraum begrenzende Innenoberfläche der hohlen Rotorwelle verteilt werden. Hierdurch kann eine besonders hohe und gleichzeitig großflächige Kühlung der hohlen, warmen Rotorwelle erfolgen. Bei der Lanze kann es sich insbesondere um eine relativ zur Rotorwelle, welche um eine Mittelachse rotiert, stehende Lanze handeln. Hierdurch kann weiterhin über eine Relativbewegung der Rotorwelle zu der stehenden Lanze ein besonders gleichmäßiges Auftragen des Kühlmediums auf die Innenoberfläche der Rotorwelle ermöglicht werden. Das Aufbringen der Turbulenzen auf das Kühlmedium beim Ausströmen aus der Lanze ermöglicht darüber hinaus, dass das auf der Innenoberfläche der Rotorwelle auftreffende Kühlmedium die Turbulenzen aufweist, wodurch ein besonders großer Wärmeübergang zwischen der Rotorwelle und dem Kühlmedium und somit ein besonders gutes Kühlen der Rotorwelle durch das Kühlmedium erfolgt.
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In einer Weiterbildung der Erfindung ist es vorgesehen, dass die Lanze als die Verwirbelungseinrichtung wenigstens eine in einer Rohrwand der Lanze angeordnete Öffnung umfasst, über welche das Kühlmedium radial aus der Lanze ausströmen kann. Insbesondere kann die Lanze mehrere Öffnungen in der Rohrwand aufweisen, über welche das Kühlmedium radial aus der Lanze ausströmen kann. Hierbei können die mehreren Öffnungen symmetrisch zueinander oder asymmetrisch zueinander angeordnet sein. Über die wenigstens eine Öffnung kann somit das Kühlmedium seitlich aus der Lanze austreten, wodurch das Kühlfluid aufgrund eines Knicks in einer Strömungsrichtung von entlang der Längserstreckungsrichtung der Lanze durch die Öffnung der Rohrwand in Turbulenzen versetzt wird. Diese erhöhte Verwirbelung des Kühlmediums ermöglicht ein besonders gleichmäßiges Aufbringen des Kühlmediums auf die Innenoberfläche der Rotorwelle sowie aufgrund der Turbulenzen des Kühlmediums einen besonders guten Wärmeübergang von der Rotorwelle auf das Kühlmedium.
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In weiterer Ausgestaltung der Erfindung hat es sich als vorteilhaft gezeigt, wenn die wenigstens eine Öffnung als Langloch ausgebildet ist. Das Ausbilden der wenigstens einen Öffnung als Langloch ermöglicht ein Austreten von besonders viel Kühlmedium in einem durch eine Geometrie des Langlochs vorgegebenen Abstrahlwinkel aus der Lanze. Über eine jeweilige Anzahl, Anordnung sowie Geometrie an Langlöchern kann die Benetzung der Innenoberfläche der Rotorwelle mit dem Kühlmedium besonders gut eingestellt werden.
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In weiterer Ausgestaltung der Erfindung ist es vorgesehen, dass die wenigstens eine Öffnung durch einen Durchgang in der Rohrwand bereitgestellt wird, dessen Mittelachse schräg zu einer Mittelachse der Lanze ausgerichtet ist. Hierbei schließt die Mittelachse der Öffnung mit der Mittelachse der Lanze einen Winkel ungleich 90° ein. Über eine Wahl des jeweiligen Winkels, welchen die Mittelachse der Öffnung mit der Mittelachse der Lanze einschließt, kann ein Abströmwinkel des Kühlmediums von der Lanze auf die Innenoberfläche der Rotorwelle besonders präzise vorgegeben werden. Hierdurch können jeweilige von dem Kühlmedium anzuströmende Bereiche der Rotorwelle besonders einfach und genau vorgegeben werden.
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In weiterer Ausgestaltung der Erfindung ist es vorgesehen, dass die Lanze zusätzlich zu der in der Rohrwand der Lanze angeordneten wenigstens einen Öffnung wenigstens eine weitere Austrittsöffnung an ihrem freien Ende aufweist, über welche das Kühlmedium axial aus der Lanze ausströmen kann. Das bedeutet, dass über die wenigstens eine Öffnung das Kühlmedium radial aus der Lanze ausströmen kann und über die weitere Austrittsöffnung das Kühlmedium axial aus der Lanze ausströmen kann. Hierdurch kann das Kühlmedium beim Ausströmen aus der Lanze in besonders viele unterschiedliche Richtungen von der Lanze wegströmen wodurch die Innenoberfläche der Rotorwelle besonders gleichmäßig mit unmittelbar von der Lanze kommendem Kühlmedium gekühlt werden kann.
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In diesem Zusammenhang kann es insbesondere vorgesehen sein, dass die wenigstens eine Austrittsöffnung einen verengten Querschnitt im Vergleich zu einem Führungsbereich der Lanze aufweist, durch welchen das Kühlmedium innerhalb der Lanze zu dem Ausströmbereich zu führen ist. Das bedeutet, dass die Austrittsöffnung Teil einer Düseneinrichtung im Bereich des Ausströmbereichs der Lanze sein kann. Durch die Verengung des Querschnitts der Lanze von dem Führungsbereich bis zu der Austrittsöffnung können die Turbulenzen auf das Kühlmedium aufgeprägt werden. Der verengte Querschnitt der Austrittsöffnung im Vergleich zu dem Führungsbereich der Lanze ermöglicht eine Drosselung des Kühlmediums, wodurch das Kühlmedium beschleunigt undgegebenenfalls verwirbelt werden kann. Der verengte Querschnitt der Austrittsöffnung im Vergleich zu dem Führungsbereich ermöglicht ein besonders einfaches Beschleunigen bzw. Verwirbeln des Kühlmediums beim Austreten aus der Lanze über die Austrittsöffnung.
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Es ist in weiterer Ausgestaltung der Erfindung vorgesehen, dass in dem Ausströmbereich der Lanze wenigstens zwei Öffnungen angeordnet sind, welche zueinander einen unterschiedlich langen axialen Abstand zu dem freien Ende der Lanze aufweisen. Mit anderen Worten sind die wenigstens zwei Öffnungen entlang der Längserstreckungsrichtung der Lanze vor- beziehungsweise hintereinander angeordnet. Hierdurch kann ein besonders großer Bereich der Innenoberfläche der Rotorwelle mit dem aus der Lanze austretenden Kühlmedium benetzt werden.
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Es ist in weiterer Ausgestaltung der Erfindung vorgesehen, dass die wenigstens eine Öffnung durch einen Einschnitt der Rohrwand bereitgestellt ist, wobei die Lanze an ihrem freien Ende durch eine Quetschung verengt ist. Diese Öffnungen können insbesondere durch beidseitiges Ansägen der Lanze und anschließendes Eindrücken eines vorderen Segments, insbesondere eines freien Endes der Lanze, bereitgestellt werden, wodurch ein schiefer Kanal erzeugt und gleichzeitig eine Einengung der Austrittsöffnung erzielt werden kann. Durch die Quetschung kann insbesondere die Austrittsöffnung mit einem ovalen Querschnitt bereitgestellt werden. Durch das Einschneiden und Quetschen der Lanze kann die Verwirbelungseinrichtung besonders einfach trotz einer komplexen Geometrie bereitgestellt werden.
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Es ist in weiterer Ausgestaltung der Erfindung vorgesehen, dass die Verwirbelungseinrichtung durch ein in die Lanze eingestecktes Verwirbelungselement bereitgestellt wird. Hierbei kann das Verwirbelungselement insbesondere an dem freien Ende der Lanze, insbesondere an einem von dem Ausströmbereich umfassten Bereich, in die Lanze eingesteckt werden. Das Verwirbelungselement kann insbesondere in einen inneren Kanal der Lanze eingesteckt sein, wodurch das Verwirbelungselement in dem inneren Kanal geführtes Kühlmedium empfangen, verwirbeln und anschließend aus der Lanze herausführen kann. Das in die Lanze eingesteckte Verwirbelungselement ermöglicht, dass Lanze und Verwirbelungselement separat hergestellt werden können. Infolgedessen kann eine Geometrie des Verwirbelungselements besonders genau eingestellt werden, wodurch wiederum eine durch das Verwirbelungselement hervorgerufene Verwirbelung des Kühlmediums besonders präzise eingestellt werden kann.
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Die Erfindung betrifft des Weiteren eine elektrische Maschine, insbesondere für ein Kraftfahrzeug, mit einem Stator, einem Rotor sowie einer Rotorwellenanordnung wie sie bereits im Zusammenhang mit der erfindungsgemäßen Rotorwellenanordnung beschrieben worden ist. Diese Rotorwellenanordnung umfasst eine hohle Rotorwelle, an welcher der Rotor gehalten ist. Vorteile und vorteilhafte Weiterbildungen der erfindungsgemäßen Rotorwellenanordnung sind als Vorteile und vorteilhafte Weiterbildungen der elektrischen Maschine anzusehen und umgekehrt.
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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.
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Die Zeichnung zeigt in:
- 1 einen schematischen Querschnitt einer Rotorwellenanordnung für eine elektrische Maschine, mit einer hohlen Rotorwelle, von welcher ein Rotor drehfest aufgenommen werden kann, und mit einer relativ zu der Rotorwelle stehenden Lanze, über welche ein Kühlmittel in einen von der Rotorwelle umschlossenen Hohlraum zuführbar ist, wobei das Kühlmittel über einen Ausströmbereich der Lanze aus der Lanze ausströmen und in den Hohlraum hineinströmen kann;
- 2a-2c jeweilige Schnittansichten des von der Rotorwelle umschlossenen Hohlraums sowie der in den Hohlraum hineinragenden Lanze, wobei die Lanze in dem Ausströmbereich eine Verwirbelungseinrichtung umfasst, mittels welcher aus der Lanze ausströmendes Kühlmedium verwirbelt werden kann, wobei die Verwirbelungseinrichtungen in den 2a bis 2c in unterschiedlichen Ausgestaltungen dargestellt ist;
- 3a, 3b eine schematische Schnittansicht des Ausströmbereichs der Lanze mit der Verwirbelungseinrichtung in einer weiteren Ausführungsform, bei welcher eine Rohrwand der Lanze an gegenüberliegenden Seiten eingeschnitten und ein freies Ende der Lanze durch eine Quetschung verengt ist.
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In den Figuren sind gleiche und funktionsgleiche Elemente mit den gleichen Bezugszeichen versehen.
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In 1 ist in einer schematischen Schnittansicht eine Rotorwellenanordnung 10 für eine elektrische Maschine eines Kraftfahrzeugs gezeigt. Mittels dieser elektrischen Maschine kann das Kraftfahrzeug angetrieben werden. Die Rotorwellenanordnung 10 umfasst eine hohle Rotorwelle 12, von welcher ein Rotor der elektrischen Maschine aufgenommen werden kann. Insbesondere kann eine Rotationsachse des Rotors durch die Rotorwelle 12 vorgegeben sein. Die Rotorwelle 12 umschließt einen Hohlraum 14, welcher von einem Kühlmedium 19 durchströmt werden kann. Bei einem Durchströmen des Hohlraums 14 durch das Kühlmedium 19 kann das Kühlmedium 19 von der Rotorwelle 12 Wärme aufnehmen, wodurch die Rotorwelle 12 gekühlt werden kann.
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Um eine besonders gute Kühlwirkung des Kühlmediums 19 an einer Innenoberfläche 16 der Rotorwelle 12 zu erwirken, umfasst die Rotorwellenanordnung 10 vorliegend eine Lanze 18, welche in den Hohlraum 14 hineinragt und dazu eingerichtet ist, das Kühlmedium 19 unmittelbar zu der zu kühlenden Innenoberfläche 16 der Rotorwelle 12 zu führen. Die Lanze 18 ist vorliegend als stehende Wasserlanze ausgebildet, welche dazu eingerichtet ist, Wasser als Kühlmedium 19 für eine Wasserkühlung der Rotorwelle 12 in den Hohlraum 14 zu führen. Unter der stehenden Ausgestaltung der Lanze 18 ist zu verstehen, dass bei einem Betrieb der die Rotorwellenanordnung 10 umfassenden elektrischen Maschine die Rotorwelle 12 relativ zu der Lanze 18 um eine Rotationsachse rotiert wird.
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Die Lanze 18 weist einen Ausströmbereich 20 auf, über welchen das in der Lanze 18 geführte Kühlmedium 19 aus der Lanze 18 in den Hohlraum 14 ausströmen kann. In dem Ausströmbereich 20 weist die Lanze 18 eine Verwirbelungseinrichtung 22 auf, mittels welcher das Kühlmedium 19 beim Ausströmen aus der Lanze 18 verwirbelt und somit mit Turbulenzen versehen werden kann. Durch das Verwirbeln des Kühlmediums 19 mittels der Verwirbelungseinrichtung 22 der Lanze 18 wird zum einen ein besonders gleichmäßiges Benetzen der Innenoberfläche 16 der Rotorwelle 12 mit dem Kühlmedium 19 und zum anderen ein Strömen des Kühlmediums 19 entlang der Innenoberfläche 16 der Rotorwelle 12 mit Verwirbelungen und somit Turbulenzen ermöglicht, wodurch ein besonders guter Wärmeübergang zwischen der Rotorwelle 12 und dem Kühlmedium 19 und infolgedessen eine besonders gute Kühlung der Rotorwelle 12 erreicht werden kann.
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Unterschiedliche Ausgestaltungen der Verwirbelungseinrichtung 22 sind in den 2a, 2b, 2c sowie 3a und 3b gezeigt. Die Verwirbelungseinrichtung 22 kann wie in den 2a bis 3b dargestellt ist, wenigstens eine in einer Rohrwand 24 der Lanze 18 angeordnete Öffnung 26 umfassen, wobei über diese wenigstens eine Öffnung 26 das Kühlmedium 19 aus der Lanze 18 in den Hohlraum 14 einströmen kann. Zusätzlich zu der wenigstens einen Öffnung 26 kann die Lanze 18 in dem Ausströmbereich 20 wenigstens eine Austrittsöffnung 28 aufweisen. Über diese wenigstens eine Austrittsöffnung 28, welche am freien Ende der Lanze 18 angeordnet ist, kann das Kühlmedium 19 axial aus der Lanze 18 ausströmen. Diese Austrittsöffnung 28 kann wie in 2a und 2c gezeigt ist, einen Querschnitt aufweisen, welcher einem Querschnitt der Lanze 18 in einem Führungsbereich 30 der Lanze 18 entspricht. In dem Führungsbereich 30 der Lanze 18 ist das Kühlmedium 19 innerhalb der Lanze 18 zu dem Ausströmbereich 20 zu führen. Alternativ kann die wenigstens eine Austrittsöffnung 28 wie in 2b und in 3a dargestellt ist, einen verengten Querschnitt im Vergleich zu dem Führungsbereich 30 der Lanze 18 aufweisen. Hierdurch kann eine Drosselwirkung beim Austreten des Kühlmediums 19 aus der Lanze 18 auftreten, wodurch das in axialer Richtung aus der Lanze 18 austretende Kühlmedium 19 verwirbelt werden kann.
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Sämtliche im Folgenden beschriebenen Ausführungsformen an Öffnungen 26 können mit den beschriebenen Ausführungsformen an Austrittsöffnungen 28 frei kombiniert werden. Wie in 2a erkannt werden kann, kann die Verwirbelungseinrichtung 22 mehrere Öffnungen 26 aufweisen, welche durch radiale Bohrungen in der Rohrwand 24 der Lanze 18 bereitgestellt sind. Die mehreren Öffnungen 26 können entlang einer Strömungsrichtung des Kühlmediums 19 durch die Lanze 18 hintereinander angeordnet sein, wodurch das aus der Lanze 18 austretende Kühlmedium 19 über einen besonders großen Bereich der Innenoberfläche 16 der Rotorwelle 12 verteilt werden kann. Diese radialen Bohrungen können, wie in 2a gezeigt ist, mit ihrer Mittelachse zumindest im Wesentlichen senkrecht zu einer Längserstreckungsrichtung der Lanze 18 oder, wie in 2c gezeigt ist, mit ihrer Mittelachse schräg zu der Längserstreckungsachse der Lanze 18 ausgerichtet sein. Alternativ zu dem Bereitstellen der Öffnungen 26 durch radiale Bohrungen kann wenigstens eine der Öffnungen 26 der Verwirbelungseinrichtung 22 durch ein radiales Langloch in der Rohrwand 24 der Lanze 18, wie in 2b gezeigt ist, bereitgestellt sein. Hierbei kann eine Mittelachse des Langlochs senkrecht zu der Längserstreckungsrichtung der Lanze 18 oder schräg zu der Längserstreckungsrichtung der Lanze 18 ausgerichtet sein.
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Die in den 3a und 3b gezeigte Verwirbelungseinrichtung 22 ist durch Einschneiden der Rohrwand 24 der Lanze 18 an gegenüberliegenden Seiten und Quetschen des freien Endes der Lanze 18 bereitgestellt. Durch die Quetschung des freien Endes der Lanze 18 ist das freie Ende der Lanze 18 verengt. Aufgrund dieser Verengung des freien Endes der Lanze 18 kann die Austrittsöffnung 28 in ihrem Querschnitt im Vergleich zu dem Führungsbereich 30 der Lanze 18 verengt ausgebildet sein. In 3a ist eine frontale Draufsicht auf das freie Ende der Lanze 18 gezeigt wohingegen 3b einen Längsschnitt der Lanze 18 in dem Ausströmbereich 20 zeigt. Hierbei ist eine über die Länge des freien Endes gleichmäßige Quetschung mit durchgezogenen Linien dargestellt. Eine alternative, den Einschneidungen der Rohrwand 24 zugewandte einseitige Einpressung beziehungsweise Quetschung ist mit gestrichelten Linien gezeigt. Diese einseitige Einpressung resultiert in einem geknickten, vorliegend leicht gewinkelten, und damit umgelenkten Fluidaustritt des Kühlmediums 19 aus der Lanze 18.
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Für eine stehende Ausgestaltung der Lanze 18 relativ zu der Rotorwelle 12 kann die Lanze 18 in einen Deckel der elektrischen Maschine eingepresst sein. Alternativ kann die Lanze 18 relativ zum Rotor, insbesondere relativ zu der Rotorwelle 12 drehfest fixiert sein.
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In Abhängigkeit von jeweiligen Einstellparametern zur Volumenstromsteuerung und Richtungssteuerung des Kühlmediums 19 können Anforderungen der Öffnungen 26 wie Winkel, Öffnungsgröße und Anzahl vorgegeben sein, um die Innenoberfläche 16 der Rotorwelle 12 bestmöglich zu kühlen. Die beschriebenen Ausgestaltungen an Verwirbelungseinrichtungen 22 können mit einer Drossel an dem freien Ende der Lanze 18 kombiniert werden, wodurch Volumenströme in den Öffnungen 26 gesteuert werden können. Die Drossel kann insbesondere durch ein Einsatzteil oder eine Rollbearbeitung des freien Endes der Lanze 18 bereitgestellt werden.
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Der beschriebenen Rotorwellenanordnung 10 liegt die Erkenntnis zugrunde, dass eine Hohlwellenkühlung zur Kühlung eines Rotors von elektrischen Antriebsmaschinen häufig durch eine Lanzenkühlung realisiert wird, bei welcher das Kühlmedium 19 in einer stehenden Lanze 18 in die hohle Rotorwelle 12 der elektrischen Maschine gefördert wird, das Kühlmedium 19 dort die drehende Rotorwelle 12 von innen und damit den Rotor kühlt. Hierbei kann das Kühlmedium 19 an einem Ende über einen besonders großen Durchmesser aus der Rotorwelle 12 ausströmen. Bei einem typischerweise verwendeten glatten Rohr als stehende Wasserlanze kann das Problem bestehen, dass einströmendes Kühlmedium 19 mittig und somit axial aus der Wasserlanze ausströmt und erst am Ende eines Fluidraums, insbesondere des Hohlraums 14, umzulenken ist, damit das Kühlmedium 19 dann beim Zurückströmen die Innenoberfläche 16 der Rotorwelle 12 kühlen kann. Dies kann dazu führen, dass sich ein Wärmeübergang zwischen Kühlmedium 19 und zu kühlenden Bauteilen stark auf einen Umlenkbereich konzentriert und zu einer ungleichmäßigen Temperaturverteilung in der Rotorwelle 12 führt. Hierbei kann im Vergleich zu der beschriebenen Rotorwellenanordnung 10 ein Potenzial eines Wärmeübergangs nicht ganz ausgeschöpft werden, sodass eine Kühlleistung nicht ausreichend sein könnte und dies durch höhere Volumenströme des Kühlmediums 19 oder eine niedrigere Temperatur des Kühlmediums 19 zu kompensieren ist. Letzteres kann zu besonders hohen Kosten eines Kühlsystems führen.
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Die beschriebene Rotorwellenanordnung 10 ermöglicht einen besonders vorteilhaften Wärmeübergang zwischen der Rotorwelle 12 und Kühlmedium 19 insbesondere im Vergleich zu längeren Lanzengeometrien.
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Die Rotorwellenanordnung 10 ermöglicht zum einen eine besonders vorteilhafte Kühlungsverteilung des Kühlmediums 19 durch Anpassung an der stehenden Lanze 18 durch geometrisch einstellbare Volumenstromrichtung ausgehend von der stehenden Lanze 18 und weiterhin ermöglicht die Rotorwellenanordnung 10 ein Erzeugen einer verwirbelten Strömung des Kühlmediums 19, welche einen besonders hohen Wärmeübergang und infolgedessen eine besonders gute Kühlwirkung der Rotorwelle 12 sowie des Rotors zur Folge hat.
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Die stehende Lanze 18 kann aus einem Rohr gefertigt werden, durch welches das Kühlmedium 19 in den Hohlraum 14 der Rotorwelle 12 geführt werden kann. Anstelle oder zusätzlich zu einer klassischen Austrittsgeometrie eines offenen Rohres wird die Rohröffnung in verschiedene geometrische Ausführungen abgebildet, um einen aktiv geförderten Volumenstrom des Kühlmediums 19 bedarfsgerecht von einem stehenden Teil der Lanze 18 auf die sich drehende Innenoberfläche 16 der Rotorwelle 12 zu lenken. Eine einfachste Form der Verwirbelungseinrichtung 22 können jeweilige Öffnungen 26 sein, welche durch eine oder mehrere Bohrungen, welche hintereinander oder winkelversetzt an der stehenden Lanze 18 angebracht sind, bereitgestellt werden. Alternativ können die Öffnungen 26 als Langlöcher ausgeführt sein. Weiterhin alternativ sind Öffnungen 26 möglich, welche durch einseitiges Ansägen und Pressen der Lanze 18 von der Öffnungsseite bereitgestellt werden, wodurch sich eine schräge Öffnung 26 ergibt, welche beispielsweise um 30° von einer ursprünglichen Rohröffnung, vorliegend der Austrittsöffnung 28, abgewandt ist. Alternativ zu symmetrisch angebrachten Öffnungen 26 sind asymmetrische Fluidaustritte denkbar, um einen besonders vorteilhaften Verwirbelungseffekt zu erreichen. Durch eine ausgewählte Art der wenigstens einen Öffnung 26 in Kombination mit deren Anzahl, Position und einer Länge der Lanze 18 kann somit eine Fluidstrahlkonzentration des aktiv gepumpten Kühlmediums 19 gesteuert und eine besonders hohe Verwirbelung herbeigeführt werden. Diese Maßnahmen führen insgesamt zu einer besonders vorteilhaften Kühlung der Rotorwelle 12 an deren Bedarfsstellen. Die wenigstens eine Öffnung 26 kann alternativ oder zusätzlich durch in das die Lanze 18 bereitstellende Rohr eingepresste Teile, insbesondere ein Verwirbelungselement, bereitgestellt werden, wodurch das Bereitstellen der Verwirbelungseinrichtung 22 nicht an die Bearbeitung des Rohres gebunden ist. Durch eine Verengung oder Verschließung der Austrittsöffnung 28, insbesondere eines ursprünglichen Rohraustritts des Rohrs, ist der parallele Volumenstrom durch die Öffnungen 26 einstellbar. Diese Verengung beziehungsweise Verschließung der Austrittsöffnung 28 kann durch Einpressen eines Stopfens oder einer Buchse beziehungsweise durch Verformen und/oder Quetschen eines offenen Rohrendes des die Lanze 18 bereitstellenden Rohrs erfolgen.
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Insgesamt zeigt die Erfindung wie bei einer Hohlwellenkühlung für elektrische Antriebsmaschinen eine Verbesserung einer Ausströmgeometrie einer stehenden Kühllanze, vorliegend der Lanze 18, erzielt werden kann.
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Bezugszeichenliste
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- 10
- Rotorwellenanordnung
- 12
- Rotorwelle
- 14
- Hohlraum
- 16
- Innenoberfläche
- 18
- Lanze
- 19
- Kühlmedium
- 20
- Ausströmbereich
- 22
- Verwirbelungseinrichtung
- 24
- Rohr
- 26
- Öffnung
- 28
- Austrittsöffnung
- 30
- Führungsbereich
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 102015214309 A1 [0002]
- US 7489057 B2 [0003]
- WO 2018/137955 A1 [0004]