Die Erfindung betrifft eine Statoranordnung für eine elektrische Maschine mit einem Stator mit Statornuten und in den Statornuten angeordneten Drahtwicklungen, wobei der Stator in einer Hülle aus einem Duroplast eingebettet ist, und wobei der Stator und die Hülle in einem die Hülle umschließenden Gehäuse angeordnet sind. Weiter hin betrifft die Erfindung eine elektrische Maschine mit einer solchen Statoranord nung und mit einem Rotor. Letztlich betrifft die Erfindung auch ein Verfahren zur Her stellung einer solchen Statoranordnung.

Gattungsgemäße Statoranordnungen sind aus dem Stand der Technik bekannt und werden bei elektrischen Maschinen eingesetzt, beispielsweise bei Traktionsmaschi nen, die zum Antrieb von Kraftfahrzeugen eingesetzt werden. Bei solchen Statoran ordnungen bzw. elektrischen Maschinen entsteht beim Antrieb Abwärme aus Verlust leistungen, die aus der elektrischen Maschine abgeführt werden muss. Dazu sind beispielsweise als Kühlmantel ausgebildete Gehäuse mit darin vorgesehenen Kühl kanälen bekannt, bei denen die Abwärme jedoch vergleichsweise ineffizient abge führt wird. Da es jedoch grundsätzlich angestrebt wird, elektrische Maschinen mög lichst kompakt zu bauen, bei Flüssigkühlungen eine strikte Abdichtung zwischen elektrischen Bauteilen und der Kühlflüssigkeit zu gewährleisten ist und zudem we sentliche Bauteile der elektrischen Maschine bewegt sind, sind effizientere innenlie gende Flüssigkeitskühlungen schwer umzusetzen.

Auf Grund der entstehenden Abwärme und damit einhergehenden hohen Tempera turen an der elektrischen Maschine wurden ferner in der Vergangenheit bevorzugt solche Materialien für die Konstruktion einer elektrischen Maschine verwendet, die eine entsprechende Hitzebeständigkeit aufweisen. Daher sind kostengünstige Kunst stoffmaterialien, die begrenzt hitzebeständig sind, nur wenig oder gar nicht einge setzt worden. Insbesondere sind als Gehäuse zumeist metallische Gussteile verwen det worden. Am Fraunhofer-Institut für Chemische Technologie wurde unter dem Projektnamen „DEmiL - Direktgekühlter Elektromotor in Kunststoffbauweise für Traktionsanwen dungen“ eine elektrische Maschine mit innenliegenden Flüssigkühlung entwickelt. Dabei wird eine eingangs beschriebene Statoranordnung mit einem Stator verwen det, wobei der Stator mittels eines Spritzpressverfahren mit einem Duroplast um spritzt wird. Die Drahtwicklungen sind mit einem Flachdraht ausgeführt, um zu einem hohen Nutfüllfaktor zu gelangen, so dass in den Statornuten neben den Drahtwick lungen ausreichend Bauraum für Kühlkanäle vorhanden ist. Diese Kühlkanäle wer den durch ein entsprechend geformtes Werkzeug mit Lanzen, die in die Statornuten eingreifen, ausgebildet. Der Stator kann dann mittels dieser Kühlkanäle flüssigge kühlt werden, so dass ausreichend Wärme abgeführt werden kann, um ein kosten günstiges Kunststoffgehäuse ohne weitere Kühlung vorzusehen. Nachteilig ist die Herstellung von Kühlkanälen in den Statornuten sehr aufwändig und bedarf teurer und beschädigungsanfälligen Werkzeuge. Ferner ist die mittels des Spritzpressver fahrens herzustellende Geometrie kompliziert und insofern anfällig für die Ausbildung von Fehlstellen. Auch gehen Kühlkanäle in den Statornuten je nach Kanalquerschnitt mit hohen Druckverlusten einher.

Vor dem Hintergrund des beschriebenen Standes der Technik ist es eine Aufgabe der Erfindung, eine kostengünstige Statoranordnung bzw. eine kostengünstige elekt rische Maschine mit einer effizienten Flüssigkühlung vorzuschlagen.

Diese Aufgabe wird nach einem ersten Aspekt der Erfindung mit einer Statoranord nung nach Anspruch 1 gelöst. Die Aufgabe wird weiterhin nach einem zweiten Erfin dungsaspekt mit einer elektrischen Maschine nach Anspruch 9 gelöst. Letztlich wird die Aufgabe gemäß einem dritten Erfindungsaspekts mit einem Verfahren nach An spruch 11 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen ergeben sich aus den Unteransprü chen.

Als eine elektrische Maschine wird hier beispielsweise eine Traktionsmaschine ver standen. Diese kann beispielsweise als Synchron- oder Asynchronmaschine ausge bildet sein. Die Erfindung bezieht sich insbesondere auf als Innenläufer ausgebildete elektrische Maschinen. Im Sinne der Erfindung wird als Rotor die Gesamtheit der in der elektrischen Maschine rotierenden Teile verstanden. Insbesondere sind Rotor bleche, die Rotorwelle und Wuchtscheiben zum Rotor zugehörig.

Als Hülle wird eine Materialschicht auf der Oberfläche des Stators verstanden, die insbesondere mittels eines Spritzverfahrens hergestellt ist.

In einer besonders bevorzugten Ausführungsform ist der Stator gänzlich durch die Hülle bedeckt und durch diese gegenüber der Umgebung gänzlich abgedichtet. Der Stator weist dabei die Grundform einer Zylinderhülse auf, wobei die Hülle dieser Grundform entspricht. Die Hülle liegt insbesondere an allen Oberflächen des Stators an und füllt auch kleinere Innenräume an deren Oberfläche aus, nicht jedoch den zylinderförmigen durch den Stator umschlossenen Raum, der für einen Rotor vorge sehen ist. Insbesondere umschließt die Hülle an axialen Enden des Stators freilie gende Wickelköpfe der Wicklung des Stators, wobei das Hüllenmaterial auch Zwi schenräume zwischen den Drähten der Wickelköpfe ausfüllt. Die Hülle ist in dieser Ausführungsform dazu vorgesehen, dass kein Bauteil des Stators von außen zu gänglich und insbesondere nicht durch eine Flüssigkeit erreichbar ist. Der Stator ist somit in der Hülle verkapselt.

In einer weiteren Ausführungsform bedeckt die Hülle den Stator zum Teil, so dass beispielsweise ein Teil der äußeren Mantelfläche des Stators freiliegt. Die Hülle dich tet dann den Stator in den Bereichen, in denen sie ihn bedeckt, gegenüber der Um gebung ab. Für freiliegende Bereiche ist dann eine separate Dichtung vorgesehen, beispielsweise eine Flachdichtung, die etwa zwischen Hülle und Gehäuse oder zwi schen Hülle und einem Lagerschild angeordnet ist. Die freiliegenden Flächen dienen beispielsweise der direkten Drehmomentabstützung des Stators in dem Gehäuse, beispielsweise mittels einer Presspassung, mit der das Gehäuse auf der Statorober fläche sitzt. Beispielsweise sind bei einer solchen Ausführungsform die Wicklungen und insbesondere die Wckelköpfe durch die Hülle gänzlich bedeckt.

Phasen des Stators, bzw. Kontaktenden dieser Phasen, können die Hülle durchbre chen und aus der Hülle herausragen. Dafür vorgesehene Durchbrüche sind bevor zugt so vorgesehen, dass an Ihnen keine Flüssigkeit zum Stator durchdringen kann, beispielsweise durch dort vorgesehene Dichtungen, oder indem die Durchbrüche in flüssigkeitsfreien Bereichen der elektrischen Maschine liegen.

Die Hülle wird bevorzugt durch ein Spritzverfahren hergestellt, wobei dann ein Spritzwerkzeug so ausgebildet ist, dass es einen Freiraum als Negativ für die Hülle bildet. Der Freiraum wird dann gänzlich mit einem Duroplast ausgespritzt. Besonders bevorzugt ist das Spritzverfahren ein Spritzpressverfahren.

Das Duroplast weist bevorzugt gute thermische Eigenschaften auf, insbesondere eine hohe Temperaturbeständigkeit und eine gute Wärmeleitfähigkeit. Weiterhin weist das Duroplast bevorzugt gute viskose Eigenschaften vor dem Aushärten auf, insbesondere eine niedrige Viskosität.

Das Gehäuse umschließt die Hülle bzw. den Stator und die Hülle. Dies ist so zu ver stehen, dass das Gehäuse zumindest über einen Teil der axialen Länge der Hülle diese radial außen um den gesamten Umfang umschließt. Insbesondere umschließt das Gehäuse die Hülle über deren gesamte axiale Länge um den gesamten Umfang. Das Gehäuse kann zudem die Hülle auch an einer axialen Stirnseite oder an beiden axialen Stirnseiten ganz oder teilweise umschließen, wobei bei einer beidseitigen Ausführung das Gehäuse mehrteilig ausgeführt sein kann.

Als Mantelfläche der Hülle wird deren außen liegende Fläche verstanden, auf der die radiale Richtung senkrecht steht.

Nach dem ersten Erfindungsaspekt ist eine eingangs genannte Statoranordnung dadurch gekennzeichnet, dass an einer äußeren Mantelfläche der Hülle eine erste Kühlkanalgeometrie zur Ausbildung eines ersten in axialer Richtung verlaufenden Kühlkanals vorgesehen ist.

Die axiale Richtung ist hier die axiale Richtung des Stators, die üblicherweise mit der axialen Richtung der gesamten elektrischen Maschine zusammenfällt. Der Kühlkanal ist also auf der Mantelfläche in Längsrichtung, also in der Richtung der üblicherweise größten Ausdehnung der Hülle von einem Wickelkopf zu dem anderen Wickelkopf ausgebildet. Bevorzugt sind mehrere erste Kühlkanalgeometrien zur Ausbildung von mehreren um den Umfang verteilt parallel zueinander ausgebildeten Kühlkanäle vor gesehen. Je nach Leistungsanforderungen können alle oder einzelne dieser Kanäle auch in Reihe zueinander geschaltet werden. Bevorzugt wird eine Anordnung, in der die Kühlkanäle am Statormantel alle parallelgeschaltet sind.

Ein Kühlmittel, dass den ersten Kühlkanal durchläuft, nimmt Wärme unmittelbar am Stator auf und ermöglicht so vorteilhaft eine effiziente Kühlung der Statoranordnung bzw. einer damit ausgebildeten elektrischen Maschine. Auf eine weitere Kühlung, insbesondere auf eine im Bereich des Rotors der elektrischen Maschine ausgebildete Kühlung, kann in Abhängigkeit von der Dauerleistungsanforderung verzichtet wer den. Auch die Drahtwicklungen des Stators werden bereits in Abhängigkeit von der Dauerleistungsanforderung zum Teil über den ersten Kühlkanal ausreichend effizient gekühlt und müssen speziell bei niedrigen Kühlanforderungen nicht separat gekühlt werden. Weiterhin ist vorteilhaft eine Ausführung des Gehäuses aus einem günstigen Material möglich, das wenig hitzebeständig ist. Der Kühlkanal ist nach dem ersten Erfindungsaspekt einfach herzustellen. Zudem ist sichergestellt, dass keine Kühlflüs sigkeit zu elektrischen Bauteilen des Stators gelangt. Durch die axiale Ausrichtung des ersten Kühlkanals erfährt ein Kühlmittel einen geringen Druckverlust beim Durchströmen des ersten Kühlkanals.

Bevorzugt weist die Kühlkanalgeometrie einen rechteckigen oder zumindest teilweise runden Querschnitt auf. Der Kühlkanal kann ferner Kühlrippen aufweisen, also Vor sprünge an der Hülle, die in den Kühlkanal hineinragen.

Ein Zu- und/oder Abfluss eines Kühlmittels zu dem erste Kühlkanal erfolgt in einer Ausführung radial durch ein entsprechende Durchgangsöffnung im Gehäuse. In einer weiteren Ausführung erfolgt ein Zu- und/oder Abfluss in axialer Richtung an einer Stirnseite des Gehäuses, wobei je nach Ausführung des Gehäuses das Gehäuse dazu an der entsprechenden Stirn- oder Mantelseite ebenfalls mindestens eine Durchgangsöffnung für den Einlass des Kühlmediums aufweist. In weiteren Ausfüh rungsformen erfolgt ein Zufluss radial und ein Abfluss axial oder andersherum. In einer Ausführungsform ist die erste Kühlkanalgeometrie mit einem abgeschlosse nen Querschnitt innerhalb der Hülle ausgebildet. Eine solche Geometrie ist bei spielsweise mit einem Spritzwerkzeug hergestellt, das axiale Lanzen aufweist, die von dem Duroplast beim Spritzverfahren umschlossen und anschließend entfernt werden. Der Kühlkanal ist so zur effizienten Kühlung an der äußeren Mantelfläche des Stators ausgebildet, wobei die Kühlkanäle in sich geschossen sind, so dass kei ne weitere Abdichtung der Kühlkanäle vorgesehen werden muss.

In einer bevorzugten Ausführungsform ist die erste Kühlkanalgeometrie an der äuße ren Mantelfläche der Hülle ausgebildet und bildet mit dem Gehäuse den ersten Kühl kanal aus. Auf diese Weise ist das Werkzeug zum Ausbilden der Hülle einfach ge staltet und es müssen keine innenliegenden Geometrien in der Hülle ausgebildet werden. Die Statorkühlung ist derweil ebenso effizient durch den unmittelbar an der äußeren Mantelfläche ausgebildeten ersten Kühlkanal.

Das Gehäuse bildet bevorzugt mit der ersten Kühlkanalgeometrie den ersten Kühl kanal, indem es die zuvor zumindest an einer Außenseite offene erste Kühlkanalge ometrie verschließt, im Querschnitt des ersten Kühlkanals also zumindest eine Sei tenwandung bildet. Bevorzugt ist dafür das Gehäuse auf einfache Weise an seiner inneren Mantelfläche glatt ausgebildet, so dass die Geometrie des Gehäuses sehr einfach ausgebildet ist und dieses kostengünstig herstellbar ist. Das Gehäuse kann auch komplexere Geometrien aufweisen, die mit der ersten Kühlkanalgeometrie zu sammen den ersten Kühlkanal ausbilden. In einer solchen Ausführungsform bildet das Gehäuse beispielsweise mehrere Seitenwandungen oder Teile davon des ersten Kühlkanals. Bevorzugt ist das Gehäuse dann ebenfalls mittels eines Spritzverfahrens hergestellt.

In einer bevorzugten Ausführungsform ist an zumindest einer Stirnseite der Hülle ei ne zweite Kühlkanalgeometrie zur Ausbildung eines zweiten Kühlkanals vorgesehen, wobei der zweite Kühlkanal mit dem ersten Kühlkanal verbunden ist. Eine solche zweite Kühlkanalgeometrie ist in einer Ausführungsform mit einem abgeschlossenen Querschnitt innerhalb der Hülle ausgebildet. In einer bevorzugten Ausführungsform bildet die zweite Kühlkanalgeometrie mit dem Gehäuse oder einem weiteren Bauteil einen zweiten Kühlkanal. Vorteilhaft ist der zweite Kühlkanal im Bereich der Wickel köpfe angeordnet und kann dort entstehende Abwärme direkt aufnehmen. Die elekt rische Maschine ist so effizienter gekühlt.

Besonders bevorzugt ist die zweite Kühlkanalgeometrie spiralförmig ausgebildet, so dass das Kühlmittel den Stator mehrfach umrundet, um zwischen dem radial inneren und dem radial äußeren Rand eines Wickelkopf entlangzuströmen. Auf diese Weise ist eine besonders effiziente Kühlung des Wickelkopfs bzw. der Wickelköpfe geschaf fen.

Ein weiteres Bauteil ist beispielsweise ein Lagerschild, das an einem axialen Ende an dem Gehäuse befestigt ist und eine Lageraufnahme für den Rotor aufweist oder ausbildet.

Weiter bevorzugt ist die Hülle in einer Ausführung mit einem zweiten Kühlkanal radial über den Stator nach innen ragend ausgebildet, so dass der zweite Kühlkanal inner halb der Wickelköpfe und/oder an axialen Stirnseiten eines dort angeordneten Rotors ausgebildet ist. Auf diese Weise kann die Kühlung weiter verbessert werden.

Bei unterschiedlichen Lastfällen im Betrieb einer elektrischen Maschine tritt die hauptsächliche Abwärmelast an unterschiedlichen Stellen auf. So wird beispielsweise drehzahlabhängig in einem ersten Lastfall bevorzugt der Außenmantel des Stators gekühlt, während in einem zweiten Lastfall bevorzugt die Wickelköpfe gekühlt wer den. Der erste und zweite Kühlkanal oder Bereiche werden dafür in einer Ausfüh rungsform bevorzugt oder nachrangig mit Kühlmittel durchflossen. Beispielweise wird dazu je nach Lastfall die Flussrichtung des Kühlmittels umgekehrt, wobei das Kühl mittel eingangsseitig kälter ist als ausgangsseitig. Alternativ weisen die Kühlkanäle mehrere Zu- oder Abflusspunkte auf, die je nach Lastfall miteinander verschaltet werden, so dass einige Bereiche der Kühlkanäle zwischen jeweiligem Zu- und Ab fluss liegen und andere Bereiche nicht.

Besonders bevorzugt ist die Hülle zwischen Kühlkanal und Stator so dünnwandig ausgebildet, wie das Duroplast es von seinen Materialeigenschaften zulässt, bzw. wie es im Fertigungsverfahren realisiert werden kann. Auf diese Weise weist der Wärmedurchgang zwischen Stator und Kühlflüssigkeit einen möglichst hohen Wär medurchgangskoeffizienten auf. Gleichzeitig ist die Hülle aus einem Duroplast mit möglichst großem Wärmeleitkoeffizienten gebildet.

In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform weist der Stator an einer Mantelflä che zumindest eine Vertiefung oder einen Vorsprung zur Drehmomentabstützung des Stators in der Hülle auf. Insbesondere dehnt sich die Vertiefung oder der Vor sprung in axialer Richtung aus, ist also als Nut oder Rippe ausgebildet. Die Hülle bil det mit dieser Vertiefung oder diesem Vorsprung einen Formschluss in Umfangsrich tung, so dass ein Verdrehen des Stators gegenüber der Hülle nicht möglich ist. Be vorzugt sind mehrere Vertiefungen bzw. Vorsprünge um den Umfang verteilt an dem Stator ausgebildet.

In gleicher Weise weist in einerweiteren Ausführungsform die Hülle an einer äußeren Mantelfläche zumindest eine Vertiefung oder einen Vorsprung zur Drehmomentab stützung der Hülle in dem Gehäuse auf. Insbesondere dehnt sich auch diese Vertie fung bzw. dieser Vorsprung in axialer Richtung aus, ist also als Nut oder Rippe aus gebildet. Eine solche lässt sich durch die Ausdehnung des ersten Kühlkanals in ebenfalls axialer Richtung besonders einfach an der äußeren Mantelfläche der Hülle vorsehen. Eine Vertiefung oder ein Vorsprung wird beispielsweise ausgebildet, indem das Werkzeug einen korrespondierenden Vorsprung oder eine korrespondierende Vertiefung aufweist. Ein Verdrehen der Hülle in dem Gehäuse ist dann verhindert, wenn die Hülle in dem Gehäuse derart angeordnet ist, dass die Vertiefung bzw. der Vorsprung mit einer entsprechenden Gegengeometrie des Gehäuses zusammen wirkt. Es können auch an der Hülle zwei Vorsprünge insbesondere als Rippen aus gebildet sein, zwischen denen ein Raum zum Eingriff eines an dem Gehäuse ausge bildeten Vorsprungs gebildet ist, oder an dem Gehäuse sind zwei Vorsprünge insbe sondere als Rippen ausgebildet, zwischen denen ein Raum zum Eingriff eines an der Hülle ausgebildeten Vorsprungs gebildet ist. Bevorzugt sind mehrere Vertiefungen bzw. Vorsprünge um den Umfang verteilt an der Hülle ausgebildet. In einer bevorzugten Ausführungsform ist an zumindest einer Fläche der Hülle eine Dichtung zur Abdichtung der Hülle gegenüber dem Gehäuse oder einem weiteren Bauteil angeordnet. Auf diese Weise wird der erste und/oder der zweite Kühlkanal gegenüber weiteren Bauteilen der elektrischen Maschine abgedichtet. Beispielsweise ist an der äußeren Mantelfläche der Hülle ein O-Ring angeordnet, der an dem Ge häuse anliegt. Alternativ oder ergänzend ist weiterhin beispielsweise an einer Stirn seite der Hülle ein O-Ring angeordnet, der an einem Lagerschild anliegt. Alternativ oder ergänzend ist weiterhin beispielsweise an einer inneren Mantelfläche der Hülle ein O-Ring oder ein Wellendichtring angeordnet, der an dem Rotor, dem Gehäuse oder einem weiteren Bauteil anliegt.

In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform sind Phasen des Stators durch die Hülle hindurchgeführt. Als Phasen werden hier Anschlüsse der Wicklungen bzw. von Gruppen von Wicklungen verstanden. Die Durchführung ist bevorzugt so ausgestal tet, dass zwischen Phase und Hülle keine Flüssigkeit hindurchgelangen kann, bei spielsweise, indem dort eine Dichtung vorgesehen ist, beispielwese eine Silikondich tung. Zudem sind die Phasenenden, also der aus der Hülle herausragende Teil der Phasen, in einem Bereich angeordnet, in dem keine Flüssigkeit geführt wird. Bei spielsweise ist dieser Bereich durch eine oder mehrere Dichtungen von anderen Be reichen getrennt, in denen Flüssigkeit geführt wird, wie etwa den Kühlkanälen.

Alternativ ist an Phasen des Stators ein Anschlusselement vorgesehen ist, wobei das Anschlusselement in der Hülle eingebettet ist. Ein solches Anschlusselement ist bei spielsweise ein Klemmenblech, an dem Anschlüsse für Kabel oder Stecker vorgese hen sind. Das Anschlusselement ist dann mit dem Stator in der Hülle eingebettet und bevorzugt durch diese abgedichtet, wobei die Anschlüsse derart frei liegen, dass Lei tungen, insbesondere mittels Stecker, von außen an diese angeschlossen werden können. Die Anschlüsse können bei der Herstellung der Hülle freibleiben oder nach träglich freigelegt werden, beispielsweise mit einem spanenden Verfahren. Die An schlüsse liegen in einem Bereich, in dem keine Flüssigkeit geführt wird. Der zweite Erfindungsaspekt betrifft eine elektrische Maschine mit einer vorbeschrie benen Statoranordnung und mit einem Rotor. Vorteilhaft weist eine solche elektrische Maschine die vorbeschriebenen Vorteile auf.

In einer Ausführungsform ist stirnseitig des Rotors eine Abdeckung angeordnet, die den Rotor in radialer Richtung zumindest teilweise überragt, wobei in der Abdeckung eine dritte Kühlkanalgeometrie zur Ausbildung eines dritten Kühlkanals vorgesehen ist, und wobei der dritte Kühlkanal mit dem ersten und/oder dem zweiten Kühlkanal verbunden ist. Besonders bevorzugt ist die dritte Kühlkanalgeometrie an einer Stirn seite der Abdeckung ausgebildet und bildet mit dem Gehäuse oder einem weiteren Bauteil den dritten Kühlkanal aus. Auf diese Weise ist die Hülle so ausbildbar, dass eine Montage des Rotors durch Einschieben in axialer Richtung möglich ist, wobei dann die Abdeckung anschließend über der Stirnseite des Rotors angeordnet ist. Mit dem dritten Kühlkanal ist dann eine effiziente Kühlung des Rotors sowie des Wickel kopfs an dieser Seite gewährleistet.

Der dritte Erfindungsaspekt betrifft ein Verfahren zur Herstellung einer vorbeschrie benen Statoranordnung, wobei ein Stator von einem zumindest zweiteiligen Werk zeug umschlossen und in dem Werkzeug zentriert wird, so, dass zwischen Stator und Werkzeug ein Freiraum besteht, der Freiraum mittels eines Spritzverfahrens mit einem Duroplast ausgefüllt wird, um eine Hülle auszubilden, durch die der Stator gänzlich oder zum Teil bedeckt ist, das Werkzeug entfernt wird und der Stator mit der Hülle in einem die Hülle umgebenden Gehäuse angeordnet wird.

Nach dem dritten Erfindungsaspekt weist das Werkzeug erfindungsgemäß an einer mit der äußeren Mantelfläche der Hülle korrespondierenden Fläche Vorsprünge und/oder Vertiefungen auf, so, dass beim Ausführen des Spritzverfahrens an einer äußeren Mantelfläche der Hülle eine erste Kühlkanalgeometrie ausgebildet wird.

Als umschlossen wird dabei verstanden, dass der Stator in dem Werkzeug einge schlossen ist. Insbesondere weist das Werkzeug einen zentralen Zylinder auf, der in den Stator eingreift und zudem eine Hülse, die den Stator umgreift, sowie stirnseitige Teile, die sich an den Zylinder und die Hülse in axialer Richtung abschließen. Dieser Grundgeometrie wird dahingehend abgewandelt, dass Vor- und Rücksprünge dort vorgesehen sind, wo beispielsweise Wickelköpfe oder ein Anschlusselement umgrif fen werden bzw. wird. Das Werkzeug weist an seinen Oberflächen zudem für ent sprechende Ausführungen der Statoranordnung Geometrien als Negativ zum Ausbil den von Kühlkanalgeometrien und Vertiefungen oder Vorsprüngen zur Drehmoment- abstützung auf.

Das Werkzeug besteht in einer Ausführungsform aus zwei oder mehr Teilen, von de nen zumindest ein Teil in axialer Richtung an dem Stator positioniert wird. In einer weiteren Ausführungsform wird zumindest ein Teil, etwa eine Halbschale, in radialer Richtung an dem Stator positioniert. In einerweiteren Ausführungsform besteht das Werkzeug aus mehreren Teilen, die teilweise radial und teilweise axial an dem Stator positioniert werden.

Wie vorbeschrieben ist die erste Kühlkanalgeometrie entweder einer solche, die in sich den ersten Kühlkanal ausbildet oder eine solche, die mit dem Gehäuse zusam men den ersten Kühlkanal ausbildet.

In einer Ausführungsform ist das Spritzverfahren ein Spritzpressverfahren. Bei einem solchen wird ein Formling oder eine bestimmte Anzahl an Tabletten des Ausgangs materials in eine Kavität eingelegt, die in dem Werkzeug ausgebildet ist. Diese Kavi tät ist über Kanäle mit dem Freiraum verbunden. Der Formling oder die Tabletten werden dann verflüssigt und mittels eines Stempels bei vergleichsweise hohem Druck und hohen Temperaturen über die Kanäle in den Freiraum gepresst. Anschlie ßend härtet das Ausgangsmaterial unter bestehendem Druck in dem Freiraum aus. Vorteilhaft gibt es bei diesem Verfahren keine Rückflüsse und es ist geeignet, auch kleinste Geometriedetails der Hülle auszubilden. Dem Verfahren kann ferner ein nachträgliches Aushärten des Duroplasts folgen.

Das Werkzeug weist Zentriermittel aus, die zumindest an zwei Punkten an dem Sta tor anliegen, um diesen gegenüber dem Werkzeug zu zentrieren, d.h. in radialer-, axialer- und Umfangsrichtung zu positionieren. In einer Ausführungsform verbleiben die Zentriermittel während des Spritzvorgangs an dem Stator, wobei dann eine Hülle ausgebildet wird, die den Stator nicht gänzlich bedeckt bzw. abdichtet. Dies ist bei spielsweise dann vorgesehen, wenn der Stator dazu vorgesehen ist, sich unmittelbar in dem Gehäuse abzustützen.

In einer bevorzugten Ausführungsform werden die Zentriermittel während des Ausfül lens des Freiraums entfernt, derart, dass der durch die Zentriermittel beim Entfernen freigegebene Raum durch Duroplast ausgefüllt wird. Die Zentriermittel sind dann bei spielsweise Stifte, die radial auf den Stator drücken und in radialer Richtung von dem Stator weggezogen werden, sobald eine Zentrierung des Stators in dem Werkzeug durch das bereits eingespritzte Duroplast sichergestellt ist, aber noch bevor dieses ausgehärtet ist. Das Duroplast bildet dann eine unterbrechungsfreie Hülle aus, bei der auch dort Material ausgebildet ist, wo zuvor die Stifte angeordnet waren. Auf die se Weise ist eine Zentrierung des Stators sichergestellt, während eine Unterbre chungsfreie, dichte Hülle erzeugt werden kann.

In einer bevorzugten Ausführungsform weist das Werkzeug Durchgangsöffnungen auf, durch die Phasen des Stators oder mit den Phasen verbundene Anschlüsse durchgeführt werden, wobei die nach dem Durchführen der Phasen oder der An schlüsse verbleibende lichte Fläche der Durchgangsöffnungen mittels eines Dichtmit tels verschlossen werden. Dieses Dichtmittel, wie beispielsweise ein Silikonkissen, befindet sich vorzugweise schon vor dem Durchführen der Phasen vor, in oder nach der Aussparung im Werkzeug. Alternativ kann das Dichtmittel auch nachträglich an gebracht werden.

Das Duroplast ist auf diese Weise durch die Dichtmittel daran gehindert, an den Durchgangsöffnungen während des Spritzverfahrens zu entweichen, schließt jedoch die Phasen oder Anschlüsse auf dichte Weise ein. Kontaktenden der Phasen oder Anschlüsse sind dann von außerhalb der Hülle zugänglich und werden beispielswei se im Fall der Phasen mit einem Anschlusselement versehen, dass dann außerhalb der Hülle angeordnet ist.

Die Durchgangsöffnungen können im Durchmesser wesentlich größer sein als der Durchmesser der Phasen oder Anschlüsse, so dass nach dem Durchführen der Pha- sen oder Anschlüsse ausreichend Platz ist, um ein Dichtmittel einzubringen. Die Durchgangsöffnungen können alternativ oder ergänzend auch innen oder außen Ver tiefungen, beispielsweise Taschen, aufweisen, in denen ein Dichtmittel angeordnet werden kann.

In einer weiteren Ausführungsform des Verfahrens werden Phasen des Stators zu erst in der Hülle eingebettet und anschließend freigelegt. Dies geschieht beispiels weise mittels eines spanenden Verfahrens. Es muss dann keine Durchgangsöffnung in dem Werkzeug vorgesehen werden.

Im Folgenden wird die Erfindung anhand von Figuren beschrieben, die verschiedene Ausführungsformen der Erfindung zeigen, wobei gleiche oder ähnliche Elemente mit dem gleichen Bezugszeichen versehen sind. Im Einzelnen zeigt:

Fig.1 eine perspektivische Ansicht einer Statoranordnung ohne Gehäuse nach dem ersten Erfindungsaspekt in einer ersten Ausführungsform;

Fig. 2 eine perspektivische Ansicht einer Statoranordnung ohne Gehäuse nach dem ersten Erfindungsaspekt in einer zweiten Ausführungsform;

Fig. 3 eine Querschnittsdarstellung einer elektrischen Maschine nach dem zweiten Erfindungsaspekt in einer bevorzugten Ausführungsform;

Fig. 4 eine Draufsicht einer Statoranordnung ohne Gehäuse nach dem ersten Erfin dungsaspekt in einer dritten Ausführungsform;

Fig. 5 einen Ausschnitt einer Querschnittsdarstellung einer Statoranordnung ohne Gehäuse nach dem ersten Erfindungsaspekt in einer vierten Ausführungsform;

Fig. 6 eine Explosionsansicht eines Stators mit einem zweiteiligen Werkzeug zur Durchführung eines Verfahrens nach dem dritten Erfindungsaspekt; Fig. 7 einen Ausschnitt einer Querschnittsdarstellung einer Statoranordnung ohne Gehäuse nach dem ersten Erfindungsaspekt in einer fünften Ausführungsform

Fig. 8 eine Querschnittsdarstellung eines dreiteiligen Werkzeugs zur Durchführung eines Verfahrens nach dem dritten Erfindungsaspekt; und

Fig. 9 eine Detailansicht von zwei Durchgangsöffnungen in einem Werkzeugteil mit durchgeführten Phasen in zwei unterschiedlichen Ausführungsformen.

Fig. 1 zeigt eine Statoranordnung 100 ohne Gehäuse, wobei die Statoranordnung 100 einen hier in einer Hülle 1 eingebetteten und somit verdeckten Stator und die Hülle 1 aufweist. Die Hülle 1 weist eine äußere Mantelfläche 1a, eine erste Stirnseite 1b, eine innere Mantelfläche 1 c sowie eine hier verdeckte zweite Stirnseite 1d auf. Unterhalb der äußeren Mantelfläche 1a und der inneren Mantelfläche 1c sind die je weiligen Mantelflächen des Stators angeordnet, wobei der Stator stirnseitig Wickel köpfe aufweist, wovon einer unter der Stirnseite 1b der Hülle 1 liegt. Weiterhin ist an der Hülle 1 eine Ausformung 1e ausgebildet, die ein darunter verborgenes Anschlus selement umhüllt. Von dem Anschlusselement sind lediglich Anschlüsse 2 zu erken nen.

Die Hülle 1 weist an ihrer äußeren Mantelfläche 1a paarweise angeordnete Vor sprünge 3a, 3b auf, die sich in axialer Richtung entlang der Hülle erstrecken, wobei zwischen einem jeweiligen Paar von Vorsprüngen 3a, 3b eine Vertiefung 4 ausgebil det ist, die dazu dient, dass dort ein Vorsprung eines nicht dargestellten Gehäuses eingreift, um eine Drehmomentabstützung und Zentrierung zwischen Hülle 1 und dem Gehäuse zu gewährleisten.

Zwischen den Paaren von Vorsprüngen 3a, 3b sind in axialer Richtung erste Kühlka- nalgeometrien 5a ausgebildet, die mit dem diese überspannenden, nicht dargestell ten Gehäuse einen ersten ich in axialer Richtung erstreckenden Kühlkanal 6a zur Flüssigkühlung des Stators bilden. Dazu ist an einem axialen Ende der Vorsprünge 3a, 3b auf Höhe des dortigen Wckelkopfs ein erster O-Ring 7a als Dichtung vorge sehen, und auf der der Stirnseite 1 b zugewandten Seite des ersten O-Rings 7a wird Kühlflüssigkeit durch eine radiale Öffnung im Gehäuse in den Kühlkanal 6a geleitet. Die Kühlflüssigkeit durchströmt dann den ersten Kühlkanal 6a in Richtung zur Stirn seite 1b der Hülle 1.

An der Stirnseite 1b ist eine zweite Kühlkanalgeometrie 5b ausgebildet, die mit dem dort anliegenden Gehäuse einen spiralförmig von radial außen nach radial innen ver laufenden zweiten Kühlkanal 6b ausbildet. In dem Gehäuse ist radial innen ein Aus lass für die Kühlflüssigkeit vorgesehen. An der inneren Mantelfläche 1c ist ein zweiter O-Ring 7b vorgesehen, der den zweiten Kühlkanal 6b gegenüber einem nicht darge stellten Rotor abdichtet.

Fig. 2 zeigt eine Statoranordnung 200, die im Wesentlichen der Statoranordnung 100 entspricht, wobei in dieser Ausführungsform kein Anschlusselement an dem Stator vorgesehen ist und dementsprechend eine Ausformung 1e nicht an der Hülle 1 aus gebildet ist.

Fig. 3 zeigt eine elektrische Maschine 300 mit einer Statoranordnung 400 mit einem Stator 10, an dem Wickelköpfe 11a, 11b ausgebildet sind, einer Hülle 1 und einem Gehäuse 12. Weiterhin umfasst die elektrische Maschine 300 einen Rotor 13, umfas send Wuchtscheiben 13a an seinen axialen Enden, der auf einer Welle 14 angeord net ist, sowie stirnseitig des Rotors 13 eine Abdeckung 15. Auf der gegenüberliegen den Stirnseite des Rotors 13 ragt die Hülle 1 radial nach innen über die Stirnseite der Wuchtscheiben 13a des Rotors 13 über. An einer dort ausgebildeten zweiten Stirn seite 1d der Hülle 1 wird die Hülle 1 von einem Lagerschild 16 überdeckt.

An der äußeren Mantelfläche 1a der Hülle 1a ist eine erste Kühlkanalgeometrie 5a ausgebildet, die zusammen mit dem Gehäuse 12 einen ersten Kühlkanal 6a bildet.

An der ersten Stirnseite 1b der Hülle 1 ist eine zweite Kühlkanalgeometrie 5b ausge bildet, die mit dem Gehäuse 12 einen zweiten Kühlkanal 6b bildet, der mit dem ers ten Kühlkanal 6a verbunden ist. Unmittelbar darunter ist in der Abdeckung 15 eine dritte Kühlkanalgeometrie 5c ausgebildet, die mit dem Gehäuse 12 einen dritten Kühlkanal 6c bildet, der mit dem zweiten Kühlkanal 6b verbunden ist (hier nicht näher dargestellt). Auf der zweiten Stirnseite 1d der Hülle 1 ist zudem eine vierte Kühlka- nalgeometrie 5d ausgebildet, die mit dem Lagerschild 16 einen vierten Kühlkanal 6d bildet, der mit dem ersten Kühlkanal 6a verbunden ist und sich bis unter den ersten Wickelkopf 11a erstreckt. Die einzelnen Bauteile sind jeweils mittels Dichtungen 17a, die insbesondere als O-Ringe ausgeführt sind, gegeneinander fluidisch abgedichtet, um die Kühlkanäle nach außen und/oder gegenüber anderen Teilen der elektrischen Maschine abzudichten. Die Welle 14 ist, hier jedoch nicht dargestellt, einerseits in dem Gehäuse 12 und andererseits in dem Lagerschild 16 gelagert.

Fig. 4 zeigt eine Statoranordnung 500 ohne Gehäuse 12 in einer Draufsicht. Dabei ist in einem mittleren Bereich die äußere Mantelfläche des Stators 10 freiliegend, wobei neben dieser freiliegenden Fläche eine erste Kühlkanalgeometrie 5a in der Hülle 1 ausgebildet ist. Der mittlere Bereich ist von einer Dichtung 17b, die insbesondere als Flachdichtung ausgeführt ist und gegen das Gehäuse 12 dichtet, umrandet. Der frei liegende Bereich ist dazu vorgesehen, dass dort das Gehäuse 12 mittels Presspas sung an der äußeren Mantelfläche des Stators 10 anliegt, wobei über die Presspas sung eine Drehmomentabstützung des Stators 10 in dem Gehäuse 12 realisiert ist.

Fig. 5 zeigt eine Schnittansicht durch eine Statoranordnung 600 in einerweiteren Ausführungsform ohne dargestelltes Gehäuse 12. Der Stator 10 weist Statorbleche 10a auf, in denen Statornuten 10b ausgebildet sind, in denen wiederum Drahtwick lungen 18 verlaufen. Die Statorbleche 10a weisen weiterhin an einer äußeren Man telfläche Vertiefungen 19 auf, in denen Material der Hülle 1 ausgebildet ist. Auf diese Weise ist der Stator 10 in der Hülle 1 drehmomentenfest abgestützt. Eine Richtung der zwischen der Hülle 1 und den Statorblechen 10a wirkenden Kraft ist dabei durch einen Kraftpfeil angegeben.

Fig. 6 zeigt einen Stator 10 mit darum angeordnetem Werkzeug 20, das aus einer ersten Werkzeugschale 20a und einer zweiten Werkzeugschale 20b besteht. Die ers te Werkzeugschale 20a weist einen zylinderförmigen Vorsprung 21 sowie einen stirnseitigen Absatz 22 auf, der in den Innenraum des Stators 10 eingreift. Die zweite Werkzeugschale 20b ist als Hohlzylinder ausgebildet und umgreift den Stator 20. Sie weist weiterhin an der außenliegenden Stirnseite eine hier nicht zu erkennende Stirnwand auf. Zwischen den Werkzeugschalen 20a, 20b, bzw. dem Werkzeug 20, wenn dieses geschlossen ist, und dem Stator 10 entsteht ein Freiraum, der dann in einem Spritzpressverfahren mit einem Duroplast gefüllt wird, um die Hülle 1 auszu bilden.

Fig. 7 und Fig. 8 zeigen eine weitere Ausführungsform einer Statoranordnung 700 in einer Schnittansicht sowie ein Werkzeug 23 zum Herstellen einer solchen Statoran ordnung 700. An dem Stator 10 ist die Hülle 1 nur in ersten Umfangsabschnitten 24a ausgebildet, während in zweiten Umfangsabschnitten 24b die äußere Mantelfläche des Stators 10 freiliegt. In diesen zweiten Umfangsabschnitten 24b steht der Sta tor 10 zur Drehmomentabstützung direkt mit dem Gehäuse 12 in Verbindung. In der Hülle 1 sind erste Kühlkanalgeometrien 5a ausgebildet, die in sich einen abgeschlos senen ersten Kühlkanal 6a ausbilden. Der erste Kühlkanal 6a wird also ohne Beteili gung des Gehäuses 12 gebildet.

Fig. 8 zeigt ein Werkzeug 23 zum Ausbilden einer solchen Hülle 1 , das aus einer ers ten Werkzeugschale 23a, einer zweiten Werkzeugschale 23b und einer dritten Werk zeugschale 23c besteht. Die Werkzeugschalen 23a und 23b entsprechen im Wesent lichen den Werkzeugschalen 20a und 20b in Fig. 6, wobei die zweite Werkzeugscha le 23b den Stator 10 nicht gänzlich außen umgreift. Eine äußere Wandung für das Werkzeug 23 ist stattdessen durch die dritte Werkzeugschale 23c gebildet. Alternativ zu der Darstellung der Fig. 8 kann die Werkzeugschale 23c auch zweiteilig ausge führt sein. Die erste Werkzeugschale 23a weist weiterhin Lanzen 25 auf, mittels de nen die Kühlkanalgeometrien 5a bzw. die Kühlkanäle 6a gemäß Fig. 7 ausgebildet werden. Ferner sind an der zweiten Werkzeugschale 23b Vorsprünge 26 vorgese hen, um Kühlkanalgeometrien unterhalb des ersten Wickelkopfs 11a, etwa wie in Fig. 3 dargestellt, an der Hülle 1 auszubilden.

Fig. 9 zeigt eine Detailansicht von Durchgangsöffnungen 27a, 27b in zwei unter schiedlichen Geometrien in einer Werkzeugstirnseite, etwa bei einer zweiten Werk zeugschale 20b gemäß Fig. 6. Durch die Durchgangsöffnungen 27a, 27b sind Pha sen 28 des Stators 10 durchgeführt. Die zwischen Durchgangsöffnungen 27a, 27b und Phasen 28 verbleibenden lichten Flächen können vor einem Füllen des Frei- rau ms mit Duroplast durch eine nicht dargestellte Dichtung verschlossen werden, etwa durch eine Elastomer- oder Silikondichtung.

Bezuqszeichen

Hülle a äußere Mantelfläche der Hülle b erste Stirnseite der Hülle c innere Mantelfläche der Hülle d zweite Stirnseite der Hülle e Ausformung

Anschlüsse a Vorsprung b Vorsprung

Vertiefung a erste Kühlkanalgeometrie b zweite Kühlkanalgeometrie c dritte Kühlkanalgeometrie d vierte Kühlkanalgeometrie a erster Kühlkanal b zweiter Kühlkanal c dritter Kühlkanal d vierter Kühlkanal a erster O-Ring b zweiter O-Ring 0 Stator 0a Statorblech 0b Statornut 1a erster Wickel köpf 1b zweiter Wickelkopf 2 Gehäuse 3 Rotor 3a Wuchtscheiben 4 Welle 5 Abdeckung 6 Lagerschild a Dichtung b Dichtung

Drahtwicklungen

Vertiefung

Werkzeug a erste Werkzeugschaleb zweite Werkzeugschale zylinderförmiger Vorsprung Absatz Werkzeug a erste Werkzeugschaleb zweite Werkzeugschalec dritte Werkzeugschalea erster Umfangsabschnittb zweite Umfangsabschnitte

Lanze

Vorsprung a Durchgangsöffnung b Durchgangsöffnung

Phase 0 Statoranordnung 0 Statoranordnung 0 elektrische Maschine 0 Statoranordnung 0 Statoranordnung 0 Statoranordnung 0 Statoranordnung