DE-102024132112-A1 - Führungselement für ein Kühlmittel und Elektromotor mit einem derartigen Führungselement

Abstract

Offenbart ist ein Führungselement zum Einleiten eines Kühlmittels in eine zumindest bereichsweise hohl ausgebildete Welle, aufweisend mindestens eine mit einem Boden verbundene Umfangswandung, wobei das Führungselement mindestens einen Einleitbereich und mindestens eine Auslassöffnung aufweist, wobei im Bereich des Bodens und/oder der Umfangswandung mindestens eine Rippe und/oder Strukturierung ausgebildet ist. Des Weiteren ist ein Elektromotor mit einem Führungselement offenbart.

Inventors

• Moritz Lux
• Klaus Vehreschild

Assignees

• AUDI AKTIENGESELLSCHAFT

Dates

Publication Date

20260507

Application Date

20241105

Claims (10)

1. Führungselement (10) zum Einleiten eines Kühlmittels (K) in eine zumindest bereichsweise hohl ausgebildete Welle (110), aufweisend mindestens eine mit einem Boden verbundene Umfangswandung (14), wobei das Führungselement mindestens einen Einleitbereich (11) und mindestens eine Auslassöffnung (21, 22) aufweist, wobei im Bereich des Bodens (13) und/oder der Umfangswandung (14) mindestens eine Rippe (12) und/oder Strukturierung ausgebildet ist.
2. Führungselement nach Anspruch 1 , wobei das Führungselement (10) im Wesentlichen rotationssymmetrisch geformt ist, wobei der Einleitbereich (11) sich zentriert vom Boden (13) abhebt.
3. Führungselement nach Anspruch 1 oder 2 , wobei die mindestens eine Auslassöffnung (22) in den Boden (13) eingebracht ist, wobei die in den Boden (13) eingebrachte Auslassöffnung (22) bündig mit der Umfangswandung (14) angeordnet ist.
4. Führungselement nach Anspruch 3 , wobei die in den Boden (13) eingebrachte Auslassöffnung (22) eine umfangsseitige Vertiefung (17) aufweist, welche in die Umfangswandung (14) hineinragt.
5. Führungselement nach einem der Ansprüche 1 bis 4 , wobei die mindestens eine Auslassöffnung (21, 22) in die Umfangswandung (14) eingebracht ist.
6. Führungselement nach einem der Ansprüche 3 bis 5 , wobei die mindestens eine in den Boden (13) eingebrachte Auslassöffnung (22) und die mindestens eine in die Umfangswandung (14) eingebrachte Auslassöffnung (21) einen Winkelversatz (W) zueinander aufweisen.
7. Führungselement nach Anspruch 5 , wobei eine Anzahl von Rippen (12) einer Anzahl von in die mindestens eine Umfangswandung (14) eingebrachten Auslassöffnungen (21) gleicht.
8. Führungselement nach einem der Ansprüche 1 bis 7 , wobei die mindestens eine Rippe (12) zumindest bereichsweise abgerundet ist.
9. Führungselement nach einem der Ansprüche 1 bis 8 , wobei der Einleitbereich (11) als ein Zylinder oder als ein Kegel oder als eine Pyramide geformt ist.
10. Elektromotor (100), aufweisend einen Rotor (120) und einen Stator, wobei der Rotor (120) eine Rotorwelle (110) aufweist, welche durch mindestens ein Wellenlager (130) drehbar gelagert ist, wobei ein Führungselement (10) gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche zum Wellenlager (130) benachbart in einem Hohlraum (111) der Rotorwelle (110) angeordnet ist, wobei ein stationärer Mittelabschnitt (131) des Wellenlagers (130) dazu eingerichtet ist, ein Kühlmittel (K) auf einen Einleitbereich (11) des Führungselements (10) zu leiten, wobei das Führungselement (10) mit der Rotorwelle (110) drehbar gelagert ist und dazu eingerichtet ist, ein über den Einleitbereich (11) hineingeleitetes Kühlmittel (K) durch mindestens eine Rippe (12) rotatorisch zu beschleunigen und über mindestens eine Auslassöffnung (21, 22) aus dem Führungselement (10) hinauszuleiten.

Description

Die Erfindung betrifft ein Führungselement zum Einleiten eines Kühlmittels in eine zumindest bereichsweise hohl ausgebildete Welle und einen Elektromotor mit einem Führungselement. Bei elektrisch angetriebenen Fahrzeugen werden mit zunehmender Leistungsdichte Elektromotoren mit einer Rotorinnenkühlung eingesetzt. Hierbei wird durch einen als Hohlwelle ausgebildeten Rotor ein Kühlmittel geleitet, um Wärme aus dem Rotor des Elektromotors abzuführen. Üblicherweise wird das Kühlmittel über eine Wellenerdung axial oder radial in die rotierende Rotorwelle hineingeführt. Die Beschleunigung des Kühlmittels auf eine Rotordrehzahl der Rotorwelle erfolgt über die Wandreibung an zylindrischen Innenwänden der Wellenerdung. DE 10 2022 117 947 A1 beschreibt beispielsweise eine derartige Anordnung mit einem Wellenerdungsring, über welchen ein Kühlmittel in den Rotor hineingeleitet wird. Die Wellenerdung dient regulär als Stromableiter. Bei einem hohem Zufluss des Kühlmittels und kleinen Rotordrehzahlen der Rotorwelle wird das Kühlmittel nicht ausreichend in Rotation versetzt, sodass kein ausreichender Druck vor den Rotorversorgungskanälen entsteht. Hierdurch kann die Rotorwelle mit dem Kühlmittel volllaufen und die Wärmeabfuhr im Rotor sinken. Dieser Effekt kann in einer Überhitzung des Rotors resultieren. In CN212183334U ist ein Wellenerdungsring mit einer Nut zum Aufnehmen eines Schmiermittels offenbart. CN212462299U beschreibt einen Wellenerdungsring für einen Elektromotor. Es ist die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Führungselement und einen Elektromotor zu schaffen, die auch bei geringen Drehzahlen eine zuverlässige Kühlung des Rotors ermöglichen. Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe durch ein Führungselement mit den Merkmalen des Anspruchs 1 und einen Elektromotor mit den Merkmalen des Anspruchs 10 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen ergeben sich aus den abhängigen Ansprüchen. Gemäß einem Aspekt der Erfindung wird ein Führungselement zum Einleiten eines Kühlmittels in eine zumindest bereichsweise hohl ausgebildete Welle bereitgestellt. Die Welle kann beispielsweise als eine Rotorwelle eines Elektromotors ausgebildet sein. Das Führungselement weist mindestens eine mit einem Boden verbundene Umfangswandung auf. Insbesondere kann die Wandung senkrecht auf dem Boden befestigt sein oder vom Boden abstehen. Das Führungselement weist mindestens einen Einleitbereich und mindestens eine Auslassöffnung auf. Hierdurch kann durch den Einleitbereich das Kühlmittel auf den Boden und/oder die Umfangswandung gelenkt werden. Durch die mindestens eine Auslassöffnung kann das Kühlmittel das Führungselement verlassen, wobei das Kühlmittel durch das Führungselement mit einer neuen Strömungsrichtung und/oder einem neuen Volumenstrom beaufschlagt wird. Je nach Ausgestaltung können durch das Führungselement mehrere Ströme des Kühlmittels zusammengefasst oder ein Strom des Kühlmittels in mehrere Ströme aufgefächert werden. Das Führungselement kann dabei das Kühlmittel beispielsweise von einer axialen Strömungsrichtung in eine radiale Strömungsrichtung und/oder in eine umfangsseitige bzw. tangentiale Strömungsrichtung und/oder in eine axiale Strömungsrichtung umlenken, wobei das Kühlmittel durch einen oder mehrere Auslassöffnungen das Führungselement verlassen kann. Vorteilhafterweise ist im Bereich des Bodens und/oder der Umfangswandung mindestens eine Rippe und/oder Strukturierung ausgebildet. Durch die Anordnung des Führungselements in oder an der Welle wird das Führungselement in Rotation versetzt. Die Ausbildung von mindestens einer Rippe ermöglicht eine effektive Beschleunigung des hineingeleiteten Kühlmittels. Gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel wird ein Elektromotor bereitgestellt. Der Elektromotor weist einen Rotor und einen Stator auf. Der Rotor weist eine Rotorwelle auf, welche durch mindestens ein Wellenlager drehbar gelagert ist. Ein erfindungsgemäßes Führungselement ist zum Wellenlager benachbart in einem Hohlraum der Rotorwelle angeordnet. Ein stationärer Mittelabschnitt des Wellenlagers ist dazu eingerichtet, ein Kühlmittel auf einen Einleitbereich des Führungselements zu leiten. Das Kühlmittel kann axial bzw. in Axialrichtung auf das Führungselement geleitet werden. Das Führungselement ist mit der Rotorwelle drehbar gelagert und ist dazu eingerichtet, ein über den Einleitbereich hineingeleitetes Kühlmittel durch mindestens eine Rippe rotatorisch zu beschleunigen und über mindestens eine Auslassöffnung aus dem Führungselement hinauszuleiten. Durch das Führungselement kann eine Pumpwirkung des Kühlmittels realisiert werden, die auch eine Abzweigung eines Teiles des Stroms des Kühlmittels bzw. Aufteilung des Kühlmittels ermöglicht. Beispielsweise kann ein erster Teil der Strömung des Kühlmittels für eine Rotorinnenkühlung und ein zweiter Teil der Strömung des Kühlmittels für eine Versorgung eines Lagers oder Getriebes verwendet werden. Das Führungselement kann beispielsweise als eine Wellenerdung a