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DE102010041589A1 - Housing element for receiving power electronics of an electric machine, housing for an electric machine, tool for producing a housing element and method for producing a housing for an electric machine - Google Patents

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DE102010041589A1
DE102010041589A1 DE102010041589A DE102010041589A DE102010041589A1 DE 102010041589 A1 DE102010041589 A1 DE 102010041589A1 DE 102010041589 A DE102010041589 A DE 102010041589A DE 102010041589 A DE102010041589 A DE 102010041589A DE 102010041589 A1 DE102010041589 A1 DE 102010041589A1
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DE
Germany
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housing
housing element
power electronics
electric machine
cooling
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Withdrawn
Application number
DE102010041589A
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German (de)
Inventor
Arndt Wagner
Alexander Becker
Denis Kern
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Robert Bosch GmbH
Original Assignee
Robert Bosch GmbH
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Publication date
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Abstract

Gehäuse 2 für eine Elektromaschine, aufweisend ein erstes Gehäuseelement 4a zur Aufnahme einer Leistungselektronik 6 einer Elektromaschine, ein zweites Gehäuseelement 4b und ein drittes Gehäuseelement 4c, wobei das zweite Gehäuseelement 4b und das dritte Gehäuseelement 4c zur gemeinsamen Aufnahme eines elektrischen Maschinenelementes 8 verbindbar ausgebildet sind, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest ein Gehäuseelement des zweiten Gehäuseelementes 4b und des dritten Gehäuseelementes 4c einen zweiten Gehäusebereich aufweist, welcher mit dem ersten Gehäusebereich des ersten Gehäuseelementes 4a abdichtend koppelbar ist.Housing 2 for an electric machine, comprising a first housing element 4a for accommodating power electronics 6 of an electric machine, a second housing element 4b and a third housing element 4c, the second housing element 4b and the third housing element 4c being designed to be connectable to accommodate an electrical machine element 8 together, characterized in that at least one housing element of the second housing element 4b and the third housing element 4c has a second housing area which can be coupled in a sealing manner to the first housing area of the first housing element 4a.

Description

Stand der TechnikState of the art

Die vorliegende Erfindung geht aus von einem Gehäuseelement zur Aufnahme einer Leistungselektronik einer Elektromaschine, einem Gehäuse für eine Elektromaschine, einem Werkzeug zur Herstellung eines Gehäuseelementes sowie einem Verfahren zur Herstellung eines Gehäuses für eine Elektromaschine nach Gattung der unabhängigen Ansprüche.The present invention relates to a housing element for receiving a power electronics of an electric machine, a housing for an electric machine, a tool for producing a housing element and a method for producing a housing for an electric machine according to the preamble of the independent claims.

Herkömmliche Elektromaschinen von Hybrid- bzw. Elektrofahrzeugen weisen meist eine elektrische Maschinenkomponente auf, welche eine extern angeordnete Leistungselektronik aufweist, die über Hochspannungsleitungen mit der elektrischen Maschinenkomponente verbunden ist sowie separate Kühlmittelleitungen für die elektrische Maschinenkomponente und/oder die Leistungselektronik.Conventional electric machines of hybrid or electric vehicles usually have an electrical machine component which has an externally arranged power electronics, which is connected via high voltage lines to the electrical machine component and separate coolant lines for the electrical machine component and / or the power electronics.

Aufgrund der vorbekannten Anordnung der Leistungselektronik als externes Bauelement sind zur Verbindung der Leistungselektronik und der elektrischen Maschine kostenintensive Hochspannungsleitungen erforderlich, um eine elektrische Kontaktierung zu realisieren. Hierbei ergeben sich erhöhte Kosten für das Leitungssystem bei gleichzeitiger Reduzierung der nutzbaren Leistung eines Gesamtsystems aufgrund des Leitungswiderstandes, welche abhängig ist von der Leitungslänge.Due to the previously known arrangement of the power electronics as an external component costly high voltage power lines are required to connect the power electronics and the electrical machine to realize an electrical contact. This results in increased costs for the line system while reducing the usable power of an overall system due to the line resistance, which is dependent on the line length.

Weiterhin sind leistungsstarke Kühlmittelpumpen erforderlich, um die elektrische Maschine und die Leistungselektronik über Kühlmittelleitungen mit ausreichend Kühlfluid zur Ableitung der Verlustwärme zu versorgen.Furthermore, powerful coolant pumps are required to supply the electrical machine and the power electronics via coolant lines with sufficient cooling fluid to dissipate the heat loss.

Im Falle, dass die Leistungselektronik separat und somit getrennt von der elektrischen Maschine verbaut wird, werden meist spezialisierte Konstruktionen eingesetzt, welche nur für einen bestimmten Anwendungsfall, beispielsweise für einen individuellen Fahrzeugtyp, anwendbar sind.In the event that the power electronics are installed separately and thus separate from the electrical machine, specialized structures are usually used, which are only for a particular application, for example, for an individual vehicle type, applicable.

Offenbarung der ErfindungDisclosure of the invention

Demgemäß werden ein Gehäuseelement, ein Gehäuse, ein Werkzeug zur Herstellung eines Gehäuseelementes sowie ein Verfahren zur Herstellung eines Gehäuses gemäß den unabhängigen Ansprüchen bereitgestellt.Accordingly, there are provided a housing member, a housing, a tool for manufacturing a housing member, and a method of manufacturing a housing according to the independent claims.

Bevorzugte Ausgestaltungen ergeben sich aus den abhängigen Ansprüchen.Preferred embodiments will be apparent from the dependent claims.

Ein Aspekt der vorliegenden Erfindung ist eine kompaktere Bauweise eines erfindungsgemäßen Systems, beispielsweise einer Elektromaschine. Hierbei findet eine Reduzierung der Leitungslänge zwischen Leistungselektronik und elektrischer Maschine aufgrund der integralen Anordnung von Leistungselektronik und elektrischer Maschine in einem Gehäuse statt, wodurch neben der Reduzierung der Hochspannungsleitungslänge auch eine Direktkontaktierung von elektrischer Maschine und Leistungselektronik möglich ist. Im Falle der Direktkontaktierung lassen sich Übergangswiderstände weiter reduzieren und ermöglichen somit eine verbesserte Ausnutzung eines zur Verfügung stehenden Stromes. Dies mag in der Erhöhung des Wirkungsgrades der Elektromaschine resultieren, was gleichzeitig eine Reduzierung einer Batteriekapazität erlauben mag. Die Direktkontaktierung und integrative Lösung ermöglichen es zudem, dass funktionskritische Dichtelemente, die einer besonderen Überprüfung bedürfen entfallen können. Der Entfall wird dadurch realisiert, dass die elektrische Kontaktierung innerhalb des abgeschlossenen Gehäuses erfolgt.One aspect of the present invention is a more compact design of a system according to the invention, for example an electric machine. In this case, there is a reduction in the line length between power electronics and electrical machine due to the integral arrangement of power electronics and electrical machine in a housing, which in addition to the reduction of the high voltage line length and a direct contacting of electrical machine and power electronics is possible. In the case of direct contacting, contact resistances can be further reduced and thus enable improved utilization of an available current. This may result in increasing the efficiency of the electric machine, which may allow a reduction in battery capacity at the same time. The direct contacting and integrative solution also make it possible to eliminate function-critical sealing elements which require special checking. The elimination is realized in that the electrical contacting takes place within the closed housing.

Die vorliegende Erfindung ermöglicht zudem eine modulare Bauweise, welche durch partielle Veränderungen auf Basis des gleichen Grundprinzips eine Elektromaschine an ein jeweiliges Anwendungsgebiet anzupassen bzw. eine Veränderung der elektrischen Maschinengröße erlauben mag.The present invention also allows a modular design, which may adapt by partial changes based on the same basic principle of an electric machine to a respective field of application or allow a change in the electrical machine size.

Insbesondere bevorzugt wird hierbei das Lost Foam Gießverfahren verwendet. Das erfindungsgemäße Gehäuse mag hierbei durch einzelne Scheibenelemente bzw. Gehäuseelemente aufgebaut sein. Die einzelnen Gehäuseelemente mögen insbesondere einen im Wesentlichen zylindrischen Aufbau haben, wobei die Höhe eines solchen Zylinderelementes im Weiteren auch als dessen Länge bezeichnet wird. Diese Bezeichnung mag auch deshalb gewählt werden, da die Leistung einer elektrischen Maschine sowohl generatorisch als auch motorisch von der sogenannten Eisenlänge von Stator und Rotor abhängig ist.Particular preference is given to using the lost foam casting method. The housing according to the invention may in this case be constructed by individual disk elements or housing elements. The individual housing elements may in particular have a substantially cylindrical construction, wherein the height of such a cylinder element is also referred to below as its length. This term may also be chosen because the power of an electric machine is both generator and motor dependent on the so-called iron length of the stator and rotor.

Zur Herstellung eines Gehäuses unter Verwendung des Lost Foam Gießverfahrens werden einzelne Gehäuseelemente aus einem Kunststoff, beispielsweise aus Polystyrol, unter Verwendung von Schaumwerkzeugen hergestellt. Die einzelnen Gehäuseelemente werden nachfolgend miteinander verbunden, beispielsweise verklebt, und ergeben hierdurch die Form des späteren Gusselementes. Um nun die einzelnen Gehäuseelemente modular bezüglich Anwendungsgebiet und/oder elektrischer Maschinengröße zu verändern, ist meist die Länge, somit die Höhe, des zylindrischen Einzelelementes auf das Anwendungsgebiet bzw. die Maschinengröße zu adaptieren. Hierzu werden Schaumwerkzeuge verwendet, welche die einzelnen Scheibenelemente längenänderbar erzeugen. Eine Längenänderung wird insbesondere durch die Verwendung von Inserts bzw. aufschraubbaren Modulelementen am Schäumwerkzeug ermöglicht.To produce a housing using the lost foam casting process, individual housing elements are made of a plastic, for example polystyrene, using foam tools. The individual housing elements are subsequently connected to each other, for example, glued, and thereby yield the shape of the later cast element. In order to change the individual housing elements modular with respect to application and / or electrical machine size, usually the length, thus the height, of the cylindrical single element is to be adapted to the field of application or the size of the machine. For this purpose, foam tools are used, which produce the individual disc elements length changeable. A change in length is in particular due to the use of inserts or screw-on module elements on the foaming tool allows.

Durch die Verwendung eines Gießverfahrens wird zudem ermöglicht, dass der Gehäuseunterbau, somit das Gehäuseelement zur Aufnahme der Leistungselektronik, direkt auf das weitere Gehäuse der Elektromaschine aufgesetzt werden kann bzw. durch den nachfolgenden Gießherstellungsprozess integraler Bestandteil des Gehäuses wird. Das Gehäuseelement zur Aufnahme der Leistungselektronik sowie die Gehäuseelemente der elektrischen Maschine mögen mittels Lost Foam Verfahren hergestellt werden und miteinander verklebt werden. Anschließend wird die Gesamteinheit gußtechnisch hergestellt, was einer vollintegrierten Lösung entspricht.The use of a casting method also makes it possible for the housing substructure, thus the housing element for accommodating the power electronics, to be placed directly on the further housing of the electric machine or to become an integral part of the housing through the subsequent casting production process. The housing element for receiving the power electronics and the housing elements of the electrical machine may be produced by means of Lost Foam method and glued together. Subsequently, the entire unit is manufactured by casting, which corresponds to a fully integrated solution.

Beim Aufsetzen des Gehäuseelementes zur Aufnahme der Leistungselektronik auf das Gehäuse der elektrischen Maschine mag insbesondere ein Dichtelement vorgesehen sein, beispielsweise eine Außenkontur des Gehäuseelementes eine Dichtkontur aufweisen, welche mit einer Öffnung im restlichen Elektromaschinengehäuse abdichtend gekoppelt wird.When placing the housing element for receiving the power electronics on the housing of the electric machine may be provided in particular a sealing element, for example, an outer contour of the housing element having a sealing contour, which is sealingly coupled to an opening in the rest of the electric machine housing.

Durch die direkte Verbindung des Gehäuseelementes zur Aufnahme der Leistungselektronik mit dem Restgehäuse mag sich eine direkte Kühlkanalverbindung zwischen dem Kühlkanal bzw. Kühlbereich der Leistungselektronik und dem Kühlkanal bzw. Kühlbereich der elektrischen Maschine erzielen lassen. In anderen Worten mag sich auch erst der Kühlkanal selbst auf einer Seitenbegrenzung durch das Gehäuseelement zur Aufnahme der Leistungselektronik und auf einer weiteren Seitenbegrenzung durch das weitere Gehäuse der elektrischen Maschine ausbilden. Anders ausgedrückt wird der Kühlkanal durch verkleben der einzelnen Gehäuseelemente automatisch ausgebildet und wird somit im nachfolgenden Gehäuse direkt ausgebildet bzw. mitgegossen.Due to the direct connection of the housing element for receiving the power electronics with the remaining housing, a direct cooling channel connection between the cooling channel or cooling area of the power electronics and the cooling channel or cooling area of the electrical machine may be achieved. In other words, even the cooling channel may itself form on a side boundary through the housing element for receiving the power electronics and on a further side boundary by the further housing of the electric machine. In other words, the cooling channel is automatically formed by gluing the individual housing elements and is thus directly formed or cast in the following housing.

Somit kann durch die direkte Verbindung der beiden Gehäuseelemente eine direkte Kühlkanalverbindung bzw. Kühlkavität zwischen dem Kühlkanalbereich der Leistungselektronik und dem Kühlkanalbereich der elektrischen Maschine erzielt werden. Weiterhin mag die elektrische Maschine einen Kühlmantel aufweisen eingreift, wobei die Leistungselektronik hierbei Wärme leitend unter Verwendung des Gehäuseelementes zur Aufnahme der Leistungselektronik an den Kühlmantel angebunden ist bzw. Kühlrippen bzw. Kühlelemente aufweist, welche gleichfalls auch durch das Gehäuseelement zur Aufnahme einer Leistungselektronik in den Kühlmantel bzw. die Kühlkavität bzw. den gemeinsamen Kühlkanal hineinragen bzw. eingreifen mögen.Thus, a direct cooling channel connection or cooling cavity between the cooling channel region of the power electronics and the cooling channel region of the electrical machine can be achieved by the direct connection of the two housing elements. Furthermore, the electric machine may have a cooling jacket engage, wherein the power electronics in this case is heat conductively connected using the housing element for receiving the power electronics to the cooling jacket or cooling fins or cooling elements, which also by the housing element for receiving a power electronics in the cooling jacket or the cooling cavity or the common cooling channel protrude or intervene.

Die Abmaße des Gehäuseelementes zur Aufnahme der Leistungselektronik, die Außenkontur des Gehäuseelementes in einem ersten Gehäusebereich bzw. die Dichtkontur in einem ersten Gehäusebereich mag sehr einfach konstruiert, insbesondere auch standardisiert sein, so dass nicht für jede neue Elektromaschine ein neues Gehäuseelement bzw. eine neue Leistungselektronik konstruiert werden muss.The dimensions of the housing element for receiving the power electronics, the outer contour of the housing element in a first housing area or the sealing contour in a first housing area may be very simply constructed, in particular standardized, so that not for each new electric machine, a new housing element or a new power electronics must be constructed.

Die Hochspannungsverkabelung sowie Stecksysteme zwischen elektrischer Maschine und Leistungselektronik mögen wiederum intern im Gehäuse geführt werden, wodurch keine Gefahr besteht, hochspannungsführende Verbindungen zwischen Leistungselektronik und elektrischer Maschine kontaktieren zu können. Eine Elektromaschine mag somit bevorzugt sein für einen Einsatz in belebten, unbeaufsichtigten Umgebungen oder aber besonderen, z. B. explosionsgeführten Umgebungen. Ein versehentliches Berühren von hochspannungsführenden Teilen mag durch eine vollständig gekapselte bzw. im Gehäuse geführte Hochspannungsverbindung wirksam vermieten werden.The high-voltage cabling and plug-in systems between the electrical machine and power electronics, in turn, may be routed internally in the housing, whereby there is no danger of being able to contact high-voltage-carrying connections between the power electronics and the electrical machine. An electric machine may thus be preferred for use in busy, unattended environments or special, z. B. explosive environments. Accidental contact with high voltage live parts may be effectively rented out by a fully encapsulated high voltage interconnect.

Auch mögen mehrphasige Maschinen einfach und kostengünstig angesteuert werden. Z. B. mag eine elektrische Maschine nicht nur mit 3 Phasen sondern exemplarisch auch mit 6 oder 9 Phasen angesteuert werden Die Elektromaschine eines Hybrid- oder Elektroantriebs in einem Fahrzeug weist unter anderem eine aktive Komponente auf, welche den Magnetkreis bildet und auch die Wicklungen trägt. Dies mag beispielsweise die elektrische Maschine der Elektromaschine sein. Diese aktive Komponente ist regelmäßig ein Gehäuse angeordnet, welches zur Kühlung der aktiven Komponente eingerichtet ist und gleichzeitig die mechanischen Schnittstellen, beispielsweise zur Abgabe der Antriebskraft an die Umgebung, aufweist.Also multiphase machines may be controlled easily and inexpensively. For example, an electric machine may be driven not only with 3 phases but also exemplarily with 6 or 9 phases. The electric machine of a hybrid or electric drive in a vehicle has inter alia an active component which forms the magnetic circuit and also carries the windings. This may be, for example, the electric machine of the electric machine. This active component is regularly arranged a housing which is set up for cooling the active component and at the same time has the mechanical interfaces, for example for delivering the driving force to the environment.

Das Gehäuse ist meist applikationsspezifisch konstruiert. Beispielsweise mag die Elektromaschine weiterhin ein Planetengetriebe im Falle eines elektrischen Radnabenmotors aufweisen, Teile eines Differentialgetriebes im Falle eines elektrischen Achsantriebs oder aber einen Rotationskolbenmotor aufweisen zum Beispiel bei Einsatz als Charger. Hierbei sind die einzelnen Gehäuseelemente auf das jeweilige Anwendungsgebiet derart zu adaptieren, dass die einzelnen Komponenten im Gesamtgehäuse angeordnet werden können.The housing is usually designed application-specific. For example, the electric machine may further comprise a planetary gear in the case of an electric hub motor, parts of a differential gear in the case of an electric final drive or a rotary piston engine, for example when used as a charger. Here, the individual housing elements are to be adapted to the respective field of application such that the individual components can be arranged in the overall housing.

Im Falle eines zylindrischen Gehäuses mag sich eine solche Adaption auf unterschiedliche Anwendungsgebiete durch längenangepasste Zylinderelemente realisieren lassen, wobei die Länge des jeweiligen Gehäuseelementes auf die für ein Anwendungsgebiet verwendeten Komponenten angepasst ist.In the case of a cylindrical housing, such an adaptation may be realized to different fields of application by means of length-adapted cylinder elements, wherein the length of the respective housing element is adapted to the components used for a field of application.

Unter Verwendung eines Gießverfahrens, beispielsweise des Lost Foam Gießverfahrens, mag sich in der Herstellung des Gehäuses durch Verwendung passend zum Anwendungsgebiet ausgestalteter Kunststoffelemente somit eine Adaption an das Anwendungsgebiet realisieren lassen. Die Kunststoffelemente, zum Beispiel Polystyrolelemente, werden in ihrer Länge adaptiert auf das geforderte Anwendungsgebiet hergestellt, wodurch gleichzeitig das später zu erhaltende Gehäuse dieselbe Anpassung aufweist. Durch das erfindungsgemäße Werkzeug, welche längenänderbare bzw. längenindividuelle Gehäuseelemente herzustellen vermag, lässt sich somit eine individuelle Gehäuseform einfach realisieren.Using a casting process, such as the lost foam casting process, may Thus, an adaptation to the field of application can be realized in the production of the housing by use of plastic elements which are suitably designed for the field of application. The plastic elements, for example polystyrene elements, are adapted in length to the required field of application, whereby at the same time the housing to be obtained later has the same adaptation. By means of the tool according to the invention, which is able to produce length-variable or length-individual housing elements, an individual housing shape can thus be easily realized.

Durch die Adaption des Gehäuses auf einen gewünschten Anwendungsfall lassen sich im Weiteren Toleranzketten zwischen den einzelnen Funktionselementen reduzieren. Hierdurch lässt sich zum Beispiel der Luftspalt der elektrischen Maschine zwischen Rotor und Stator reduzieren, was in einer Leistungssteigerung der Maschine oder aber zu einer Aufweitung von engen Toleranzfeldern resultieren mag, was wiederum eine Reduzierung von Bauteilkosten ergeben mag.By adapting the housing to a desired application, tolerance chains between the individual functional elements can be reduced further. As a result, for example, the air gap of the electric machine between the rotor and stator can be reduced, which may result in a performance increase of the machine or an expansion of narrow tolerance fields, which in turn may result in a reduction of component costs.

Beim Lost Foam Gießverfahren werden einzelne Kunststoffelemente, ausgebildet als Gehäuseelemente, zum Beispiel aus Polystyrol, miteinander verklebt, um das Gesamtmodell des Gehäuses zu erhalten, welches nachfolgend durch das Gießverfahren hergestellt wird. Nach dem Verkleben der Gehäuseelemente erfolgt ein Clustern (Gießtraube), ein Schlichten, ein Einsanden und das Gießen.In the lost foam casting process, individual plastic elements, designed as housing elements, for example made of polystyrene, are glued together in order to obtain the overall model of the housing, which is subsequently produced by the casting process. After the housing elements have been glued, a clustering (casting grape), a sizing, a singeing and pouring takes place.

Insbesondere besteht das Gehäuse gemäß der vorliegenden Erfindung aus zumindest zwei Elementen, welche miteinander verklebt werden, um im Inneren der Gehäuseelemente einen Kühlkanal auszubilden. Weiter insbesondere werden bevorzugt zumindest zwei zylinderförmige Scheibenelemente, im Weiteren bezeichnet als zweites und drittes Gehäuseelement, miteinander verklebt und um ein Aufsatzelement, im Weiteren bezeichnet als erstes Gehäuseelement, zur Aufnahme einer Leistungselektronik einer elektrischen Maschine, ergänzt. Zusätzlich mag ein drittes zylinderförmiges Scheibenelement, im Weiteren bezeichnet als viertes Gehäuseelement, zur Adaption des erfindungsgemäßen Gehäuses auf ein gewünschtes Anwendungsgebiet verwendet werden. Die Gehäuseelemente, insbesondere die zweiten, dritten und vierten Gehäuseelemente, ausgebildet als zylinderförmige Scheibenelemente, sind mit dem erfindungsgemäßen Werkzeug längenänderbar bzw. längenindividuell herstellbar.In particular, the housing according to the present invention consists of at least two elements which are glued together to form a cooling channel in the interior of the housing elements. In particular, at least two cylindrical disc elements, hereinafter referred to as second and third housing element, are preferably glued together and supplemented by an attachment element, hereinafter referred to as a first housing element, for receiving power electronics of an electrical machine. In addition, a third cylindrical disc element, hereinafter referred to as the fourth housing element, may be used to adapt the housing according to the invention to a desired field of application. The housing elements, in particular the second, third and fourth housing elements, designed as cylindrical disk elements, can be produced with the tool according to the invention in a manner that can be changed in length or length-individually.

Die Konstruktion einer Leistungselektronik sowie des zugehörigen Gehäuseelementes mag sich auch in unterschiedlichen Anwendungsgebieten im Wesentlichen nicht unterscheiden. Hier mag bevorzugt die Konstruktion der Leistungselektronik möglichst unabhängig von einer bestimmten Applikation erfolgen, woraus auch ein applikationsunabhängiges Gehäuse bzw. Gehäuseelement für die Leistungselektronik resultieren mag.The construction of a power electronics and the associated housing element may not differ substantially in different application areas. Here, the construction of the power electronics may preferably be as independent as possible of a particular application, which may also result in an application-independent housing or housing element for the power electronics.

Die Ausgestaltung der zweiten, dritten und vierten Gehäuseelemente, somit des Restgehäuses der Elektromaschine, mag eine für möglichst viele denkbare Anwendungen einheitliche Schnittstelle aufweisen, um das Gehäuseelement zur Aufnahme einer Leistungselektronik an das Restgehäuse anzukoppeln. Dies mag im einfachsten Fall eine rechteckige Öffnung zum Kühlmedium des Kühlkanals sein. Die Kühlung der Leistungselektronik mag hierbei durch Kühlrippen bzw. Kühlfinnen realisiert werden oder aber auch durch eine doppelseitige Kühlung der Leistungshalbleiter. Die Kühlelemente mögen hierbei insbesondere in den Kühlkanal und damit das Kühlmedium ragen und in dieses eingreifen. Die Kühlelemente mögen dazu beispielsweise das Gehäuseelement zur Aufnahme einer Leistungselektronik durchragen.The configuration of the second, third and fourth housing elements, thus of the remaining housing of the electric machine, may have a common interface for as many conceivable applications as possible in order to couple the housing element for receiving power electronics to the residual housing. This may be a rectangular opening to the cooling medium of the cooling channel in the simplest case. The cooling of the power electronics may in this case be realized by cooling fins or cooling fins or else by a double-sided cooling of the power semiconductors. The cooling elements may in particular protrude into the cooling channel and thus the cooling medium and engage in this. For example, the cooling elements may project through the housing element for receiving power electronics.

Bei einer vollintegrativen Lösung mag das Gehäuseelement der Leistungselektronik und die Gehäuseelemente der elektrischen Maschine ein gemeinsames Grundgehäuse ergeben. Die Gehäuseelemente werden miteinander verklebt und ergeben anschließend das Gehäusemodell mit integriertem Kühlkanal. Das Gehäusemodell mag nun unter Verwendung einer Gießverfahrens, beispielsweise des Lost Foam Gießverfahrens einstückig verbunden werden. Evtl. an den einzelnen Gehäuseelementen, insbesondere am Gehäuseelement zur Aufnahme der Leistungselektronik, vorhandenen Konturen bzw. Dichtkonturen, mögen durch die integrale Ausbildung des Gehäuses nach dem Gießverfahren nicht mehr als unterscheidbare Elemente im oder am Gehäuse vorfinden.In a fully integrated solution, the housing element of the power electronics and the housing elements of the electrical machine may yield a common basic housing. The housing elements are glued together and then give the housing model with integrated cooling channel. The housing model may now be integrally connected using a casting process such as the lost foam casting process. Possibly. on the individual housing elements, in particular on the housing element for receiving the power electronics, existing contours or sealing contours, may no longer find as distinguishable elements in or on the housing by the integral design of the housing after the casting process.

Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in den Zeichnungen dargestellt und in den nachfolgenden Beschreibungen näher erläutert.Embodiments of the invention are illustrated in the drawings and explained in more detail in the following descriptions.

Es zeigen:Show it:

1 den schematischen Aufbau eines exemplarischen Ausführungsbeispiels des Gehäuses gemäß der vorliegenden Erfindung; 1 the schematic structure of an exemplary embodiment of the housing according to the present invention;

2a, b den schematischen Aufbau im Schnitt des Gehäuses gemäß 1; 2a , b the schematic structure in section of the housing according to 1 ;

3 einen exemplarischen Aufbau aus Einzelgehäuseelementen des Gehäuses gemäß der vorliegenden Erfindung; 3 an exemplary structure of individual housing elements of the housing according to the present invention;

4 das zusammengesetzte Gehäuse gemäß 3; 4 the composite housing according to 3 ;

5, 6 exemplarische Ausgestaltungen des erfindungsgemäßen Gehäuses. 5 . 6 exemplary embodiments of the housing according to the invention.

1 zeigt schematisch eine Elektromaschine mit Gehäuse 2 mit einer zylinderförmig ausgebildeten Gehäusestruktur. Im Gehäuse angeordnet ist Kühlkanal 10 mit Kühlfluid sowie elektrische Maschine 8. Aufgesetzt auf die Außenkontur des Gehäuses ist Gehäuseelement 4a, welches die Leistungselektronik 6 beinhaltet. 1 schematically shows an electric machine with housing 2 with a cylindrical housing structure. In the housing is arranged cooling channel 10 with cooling fluid and electric machine 8th , Attached to the outer contour of the housing is housing element 4a which is the power electronics 6 includes.

In 2a, b dargestellt zeigt sich ein Schnitt durch das Gehäuse gemäß 1.In 2a , b shows a section through the housing according to 1 ,

Das erste Gehäuseelement 4a weist Leistungselektronik 6 auf, welche auf der Außenkontur des zylinderförmigen Gehäuses der Elektromaschine angeordnet ist. Das zylinderförmige Gehäuse beinhaltet elektrische Maschine 8, dargestellt als Zylinderelement, mit einer außen liegenden Kühlkavität 10 welche die elektrische Maschine 8 umgibt. Das erste Gehäuseelement 4a, das Gehäuseelement zur Aufnahme einer Leistungselektronik, ist auf die Außenkontur des Kühlkanals 10 aufgebracht. Dichtelement 12, z. B. eine Dichtkontur, dichtet das erste Gehäuseelement 4a gegenüber der Außenkontur des Kühlkanals 10 ab. Das erste Gehäuseelement 4a und der Kühlkanal 10 mögen hierbei wie nachfolgend dargestellt einstückig ausgeführt sein oder aber die beiden Gehäusekomponenten werden als separate Elemente zusammengebracht und über die Dichtkontur 12 dichtend verbunden.The first housing element 4a has power electronics 6 on, which is arranged on the outer contour of the cylindrical housing of the electric machine. The cylindrical housing includes electric machine 8th , shown as a cylindrical element, with an external cooling cavity 10 which the electric machine 8th surrounds. The first housing element 4a , The housing element for receiving a power electronics, is on the outer contour of the cooling channel 10 applied. sealing element 12 , z. B. a sealing contour seals the first housing element 4a opposite the outer contour of the cooling channel 10 from. The first housing element 4a and the cooling channel 10 may be made in one piece as shown below or the two housing components are brought together as separate elements and on the sealing contour 12 sealingly connected.

Die Leistungselektronik 6 weist Kühlelemente 16 sowie Hochspannungsleitung 14 auf. Hochspannungsleitung 14 verbindet hierbei Leistungselektronik 6 mit elektrischer Maschine 8, während Kühlelemente 16 z. B. von den zu kühlenden Leistungselementen der Leistungselektronik 6 in die Kühlkavität und somit in das dort befindliche Kühlmittel bzw. Kühlfluid ragen.The power electronics 6 has cooling elements 16 as well as high voltage line 14 on. High-voltage line 14 combines power electronics 6 with electric machine 8th while cooling elements 16 z. B. of the cooling power elements of the power electronics 6 protrude into the cooling cavity and thus into the coolant or cooling fluid located there.

Somit teilt sich elektrische Maschine 8 und Leistungselektronik 6 einen gemeinsamen Kühlkanal 10 mit darin befindlichem Kühlmittel.Thus, electric machine splits 8th and power electronics 6 a common cooling channel 10 with coolant therein.

In 3 dargestellt ist der schematische Aufbau eines erfindungsgemäßen Gehäuses 2 aus insgesamt 4 Gehäuseelementen 4a, b, c, d. Das erste Gehäuseelement 4a ist hierbei eingerichtet, die Leistungselektronik 6 aufzunehmen. Die Unterseite des Gehäuseelementes 4a stellt eine Öffnung zum Kühlkanal 10 bereit sowie eine Öffnung 14a für Hochspannungsleitung 14. Die Gehäuseelemente 4b, c, d sind in Draufsicht dargestellt und bilden im Wesentlichen zylinderförmige Gehäuseteile aus. Sie werden deshalb auch als Scheibenelement bezeichnet.In 3 shown is the schematic structure of a housing according to the invention 2 out of total 4 housing members 4a , b, c, d. The first housing element 4a is set up here, the power electronics 6 take. The underside of the housing element 4a provides an opening to the cooling channel 10 ready as well as an opening 14a for high voltage power line 14 , The housing elements 4b , c, d are shown in plan view and form substantially cylindrical housing parts. They are therefore also referred to as disc element.

Gehäuseelement 4a ist vergleichbar den 1 bis 2b an die zylinderförmige Außenkontur der Gehäuseelemente 4b, c, d angepasst und kann in 3 insbesondere in die Öffnung 22 der Gehäuseelemente 4b, c dichtend eingebracht werden. Die Gehäuseelemente, insbesondere die Scheibenelemente 4b, c, d sind längenänderbar bzw. längenindividuell herstellbar, um auf eine gewünschte Anwendung adaptierbar zu sein. So lassen sich die Längen l1 bis l4, insbesondere die Längen l2 bis l4 unter Verwendung des erfindungsgemäßen Werkzeuges längenindividuell fertigen, z. B. durch die Verwendung von Inserts bzw. aufschraubbaren Modulelementen am Schaumwerkzeug. Zur Herstellung des Kunststoffmodells für den nachfolgenden Gießprozess werden nun die einzelnen Gehäuseelemente, ausgebildet aus Kunststoff, beispielsweise Polystyrol, miteinander verbunden.housing element 4a is comparable to 1 to 2 B to the cylindrical outer contour of the housing elements 4b , c, d adapted and can in 3 especially in the opening 22 the housing elements 4b , c are sealingly introduced. The housing elements, in particular the disc elements 4b , c, d are variable in length and length individually produced to be adaptable to a desired application. Thus, the lengths l 1 to l 4 , in particular the lengths l 2 to l 4 using the tool according to the invention customize individual lengths, z. B. by the use of inserts or screw-on module elements on the foam tool. For the production of the plastic model for the subsequent casting process, the individual housing elements, formed of plastic, for example polystyrene, are then connected to one another.

So wird das vierte Gehäuseelement 4d mit der in 3 links dargestellten Seite des zweiten Gehäuseelementes 4b verklebt. Weiterhin wird das dritte Gehäuseelement 4c an der in 3 rechts dargestellten Seite des zweiten Gehäuseelementes 4b angebracht. Die entsprechenden Klebelinien sind mit Pfeilen in 3 markiert. Das Aufsatzelement bzw. das erste Gehäuseelement 4a wird ebenfalls, in 3 exemplarisch, auf das zweite Gehäuseelement 4b sowie das dritte Gehäuseelement 4c aufgebracht, beispielsweise verklebt. Die konstruktionsbedingten Klebelinien der einzelnen Gehäuseelemente mögen nach dem Gießprozess eindeutig an dem Gussteil erkennbar sein. Durch die Verklebung und Modulbauweise bleiben im resultierenden Gussgehäuse Hohlräume mit entsprechender Funktionalität bestehen.This becomes the fourth housing element 4d with the in 3 Left side of the second housing element 4b bonded. Furthermore, the third housing element 4c at the in 3 right side of the second housing element 4b appropriate. The corresponding glue lines are with arrows in 3 marked. The attachment element or the first housing element 4a will also, in 3 exemplarily, on the second housing element 4b and the third housing element 4c applied, for example glued. The design-related adhesive lines of the individual housing elements may be clearly recognizable on the casting after the casting process. Due to the bonding and modular construction cavities with corresponding functionality remain in the resulting cast housing.

4 zeigt fertig aufgebaut das Gehäusemodell 2, wie es für den Gießprozess verwendet werden mag, welches sich gleichzeitig jedoch ebenso als fertiges Gehäuse 2 darstellt. Im Gehäuse 2 vorgesehen ist Kühlkanal 10 mit einem entsprechenden Durchgang zur Leistungselektronik sowie ein Durchgang für die Hochspannungsleitung 14. Kühlkanal 10 ist hierbei radial an der Außenseite umlaufend des im Wesentlichen zylinderförmigen Gehäuses 2. Weiterhin vorgesehen sind Gehäuseabschlusselemente 18a, b, c. 4 shows fully assembled the housing model 2 as it may be used for the casting process, but at the same time also as a finished housing 2 represents. In the case 2 is provided cooling channel 10 with a corresponding passage to the power electronics as well as a passage for the high voltage line 14 , cooling channel 10 is in this case radially on the outer side of the substantially cylindrical housing 2 , Furthermore, housing closure elements are provided 18a , b, c.

In der Öffnung für Hochspannungsleitung 14 mag sich auch eine Direktkontaktierung von Leistungselektronik 6 und elektrischer Maschine 8 realisieren lassen.In the opening for high voltage power line 14 also likes a direct contacting of power electronics 6 and electric machine 8th let realize.

Bei der Gestaltung der einzelnen Gehäuseelemente mögen auch Schmierkanäle oder Ölversorgungskanäle bei Ölsprühung eingebracht werden, welche jedoch aufgrund der Übersichtlichkeit in 4 nicht dargestellt sind.In the design of the individual housing elements like lubricating channels or oil supply channels may be introduced in oil spray, which, however, due to the clarity in 4 are not shown.

Weiter Bezug nehmend auf 5 und 6 sind exemplarische Ausgestaltungen des erfindungsgemäßen Gehäuses dargestellt.Further referring to 5 and 6 exemplary embodiments of the housing according to the invention are shown.

5 weist eine Gehäusekonstruktion für eine erste Anwendung auf. Die Gehäuseabschlusselemente 18a, b, c sind am Gehäuse 2 angebracht, beispielsweise durch nicht näher dargestellte Schraubverbindungen. Leistungselektronik 6 ist im Bereich des früheren ersten Gehäuseelementes 4a angeordnet. Kühlkanal 10 umläuft Gehäuse 2 radial und besitzt gleichfalls eine Öffnung zu Leistungselektronik 6. Elektrische Maschine 8 ist angeordnet zwischen früheren zweiten und dritten Gehäuseelementen 4b, c, wohingegen eine Komponente 20a angeordnet ist im Bereich der früheren zweiten und vierten Gehäuseelemente 4b, d. Hochspannungsleitung 14 ist angeordnet zwischen Leistungselektronik 6 und elektrischer Maschine 8. 5 has a housing construction for a first application. The housing closure elements 18a , b, c are on the case 2 attached, for example by screw not shown. power electronics 6 is in the range of the former first housing element 4a arranged. cooling channel 10 revolves housing 2 radially and also has an opening to power electronics 6 , Electric machine 8th is disposed between earlier second and third housing elements 4b , c, whereas a component 20a is arranged in the area of the former second and fourth housing elements 4b , d. High-voltage line 14 is arranged between power electronics 6 and electric machine 8th ,

6 entspricht im Wesentlichen der Darstellung der 5, mit dem Unterschied, dass eine unterschiedliche Komponente 20b für einen weiteren Applikationsfall vorgesehen ist. Komponente 20b ist hierbei kleiner ausgestaltet als Komponente 20a, so dass das ursprüngliche vierte Gehäuseelement 4d in 6 mit einer geringeren Länge l4 durch das erfindungsgemäße Werkzeug hergestellt wurde. Somit ließ sich das resultierende Gehäuse 2 individuell auf die Anwendung und damit somit auf eine Komponente 20a bzw. Komponente 20b individuell adaptieren. Das ursprüngliche Gehäuseelement 4d wurde somit längenindividuell bzw. längenänderbar produziert. 6 corresponds essentially to the representation of the 5 , with the difference being that a different component 20b intended for a further application case. component 20b is here designed smaller than component 20a so that the original fourth housing element 4d in 6 with a lesser length l 4 was produced by the tool according to the invention. Thus, the resulting housing settled 2 individually to the application and thus to a component 20a or component 20b individually adapt. The original housing element 4d was thus produced length-individually or length-changeable.

Weiters entspricht 6 5 mit Ausnahme der Kühlelemente 16, welche ausgehend von Leistungselektronik 6 durch die Öffnung in den Kühlkanal 10 ragen.Further corresponds 6 5 with the exception of the cooling elements 16 , which starting from power electronics 6 through the opening in the cooling channel 10 protrude.

Gleichfalls ist jedoch denkbar, auch die ursprünglichen Gehäuseelemente 4a, b, c längenindividuell bzw. längenänderbar auszugestalten, um somit unterschiedliche elektrische Maschinen 8 bzw. unterschiedliche Leistungselektroniken 6 im Gehäuse 2 unterzubringen.However, it is also conceivable, including the original housing elements 4a , b, c length individual or length-adjustable to design, thus different electrical machines 8th or different power electronics 6 in the case 2 accommodate.

Claims (10)

Gehäuseelement (4a) zur Aufnahme einer Leistungselektronik (6) einer Elektromaschine, aufweisend einen ersten Gehäusebereich, welcher zur Aufnahme einer Leistungselektronik (6) eingerichtet ist, wobei der erste Gehäusebereich einen Kühlbereich aufweist, welcher eingerichtet ist, mit einen Kühlbereich einer elektrischen Maschine (8) zur gemeinsamen Kühlung von Leistungselektronik (6) und elektrischer Maschine (8) gekoppelt zu werden, dadurch gekennzeichnet, dass der erste Gehäusebereich ein Dichtelement (12) aufweist, welches eingerichtet ist, mit zumindest einem weiteren Gehäuseelement einer elektrischen Maschine (8) abdichtend gekoppelt zu werden.Housing element ( 4a ) for receiving power electronics ( 6 ) an electric machine, comprising a first housing portion, which for receiving a power electronics ( 6 ), wherein the first housing region has a cooling region which is set up with a cooling region of an electrical machine ( 8th ) for the common cooling of power electronics ( 6 ) and electrical machine ( 8th ), characterized in that the first housing portion is a sealing element ( 12 ), which is set up, with at least one further housing element of an electrical machine ( 8th ) to be sealingly coupled. Gehäuseelement gemäß Anspruch 1, wobei der Kühlbereich zumindest ein mechanisches Kühlelement (16) aufweist, welches mit dem Kühlbereich der elektrischen Maschine (8) koppelbar und in diesen eingreifbar ausgebildet ist.Housing element according to claim 1, wherein the cooling region at least one mechanical cooling element ( 16 ), which communicates with the cooling region of the electric machine ( 8th ) can be coupled and formed in this engageable. Gehäuse (2) für eine elektrische Maschine, aufweisend ein erstes Gehäuseelement (4a) zur Aufnahme einer Leistungselektronik (6) einer Elektromaschine gemäß zumindest einem der vorhergehenden Ansprüche; ein zweites Gehäuseelement (4b); und ein drittes Gehäuseelement (4c); wobei das zweites Gehäuseelement (4b) und das dritte Gehäuseelement (4c) zur gemeinsamen Aufnahme eines elektrischen Maschinenelementes (8) verbindbar ausgebildet sind, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest ein Gehäuseelement des zweiten Gehäuseelementes (4b) und des drittes Gehäuseelementes (4c) einen zweiten Gehäusebereich aufweist, welcher mit dem ersten Gehäusebereich des ersten Gehäuseelementes (4a) abdichtend koppelbar ist.Casing ( 2 ) for an electrical machine, comprising a first housing element ( 4a ) for receiving power electronics ( 6 ) an electric machine according to at least one of the preceding claims; a second housing element ( 4b ); and a third housing element ( 4c ); wherein the second housing element ( 4b ) and the third housing element ( 4c ) for jointly receiving an electrical machine element ( 8th ) are formed connectable, characterized in that at least one housing element of the second housing element ( 4b ) and the third housing element ( 4c ) has a second housing region, which with the first housing portion of the first housing element ( 4a ) is sealingly coupled. Gehäuse gemäß Anspruch 3, weiterhin aufweisend wobei zumindest ein Gehäuseelement des zweiten Gehäuseelementes (4b) und des drittes Gehäuseelementes (4c) einen Kühlbereich aufweist, welcher Kühlbereich koppelbar ist mit dem Kühlbereich des ersten Gehäuseelementes (4a) ist zur gemeinsamen Kühlung von Leistungselektronik (6) und elektrischer Maschine (8).Housing according to claim 3, further comprising wherein at least one housing element of the second housing element ( 4b ) and the third housing element ( 4c ) has a cooling region, which cooling region can be coupled to the cooling region of the first housing element (US Pat. 4a ) is for common cooling of power electronics ( 6 ) and electrical machine ( 8th ). Gehäuse gemäß zumindest einem der Ansprüche 3 und 4, wobei das erste Gehäuseelement (4a) eine erste Kontaktierungsöffnung (14a) aufweist; wobei zumindest ein Gehäuseelement des zweiten Gehäuseelementes (4b) und des drittes Gehäuseelementes (4c) eine zweite Kontaktierungsöffnung (14b) aufweist; und wobei die erste Kontaktierungsöffnung (14a) und die zweite Kontaktierungsöffnung (14b) angeordnet und eingerichtet sind eine Leitungsführung (14) zwischen Leistungselektronik (6) und elektrischer Maschine (8) im inneren des Gehäuses (2) bereitzustellen.Housing according to at least one of claims 3 and 4, wherein the first housing element ( 4a ) a first contacting opening ( 14a ) having; wherein at least one housing element of the second housing element ( 4b ) and the third housing element ( 4c ) a second contacting opening ( 14b ) having; and wherein the first contacting opening ( 14a ) and the second contacting opening ( 14b ) are arranged and set up a wiring ( 14 ) between power electronics ( 6 ) and electrical machine ( 8th ) inside the housing ( 2 ). Gehäuse gemäß zumindest einem der Ansprüche 3 bis 5, weiterhin aufweisend ein viertes Gehäuseelement (4d); wobei das zweite Gehäuseelement (4b) und das vierte Gehäuseelement (4d) zur gemeinsamen Aufnahme einer Komponente (20a, b) der Elektromaschine verbindbar ausgebildet sind; wobei die Komponente (20a, b) unter Verwendung des elektrischen Maschinenelementes (8) antreibbar ist; und wobei zumindest ein Gehäuseelement des zweiten Gehäuseelementes (4b), des drittes Gehäuseelementes (4c) und des vierten Gehäuseelementes (4d) einen Kühlbereich aufweist, welcher Kühlbereich koppelbar ist mit dem Kühlbereich des ersten Gehäuseelementes (4a) ist zur gemeinsamen Kühlung von Leistungselektronik (6) und elektrischer Maschine (8), insbesondere und Komponente (20a, b).Housing according to at least one of claims 3 to 5, further comprising a fourth housing element ( 4d ); wherein the second housing element ( 4b ) and the fourth housing element ( 4d ) for the joint inclusion of a component ( 20a , b) are formed connectable to the electric machine; where the component ( 20a , b) using the electrical machine element ( 8th ) is drivable; and wherein at least one housing element of the second housing element ( 4b ), the third Housing element ( 4c ) and the fourth housing element ( 4d ) has a cooling region, which cooling region can be coupled to the cooling region of the first housing element (US Pat. 4a ) is for common cooling of power electronics ( 6 ) and electrical machine ( 8th ), in particular and component ( 20a , b). Gehäuse gemäß zumindest einem der Ansprüche 3 bis 6; wobei das Gehäuse einstückig aus miteinander verbundenen Gehäuseelementen hergestellt wird unter Verwendung eines Gießverfahrens, insbesondere des Lost Foam Gießverfahren.Housing according to at least one of claims 3 to 6; wherein the housing is manufactured in one piece from interconnected housing elements using a casting method, in particular the lost foam casting method. Werkzeug zur Herstellung eines Gehäuseelementes gemäß zumindest einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Werkzeug eingerichtet ist, ein Gehäuseelement (4a, b, c, d) längenindividuell herzustellen.Tool for producing a housing element according to at least one of the preceding claims, characterized in that the tool is set up, a housing element ( 4a , b, c, d) to produce individual lengths. Verfahren zur Herstellung eines Gehäuses gemäß zumindest einem der Ansprüche 3 bis 7, aufweisend die Schritte Bereitstellen je eines Kunststoffmodels des ersten Gehäuseelementes (4a), des zweiten Gehäuseelementes (4b) und des dritten Gehäuseelementes (4c) oder des ersten Gehäuseelementes (4a), des zweiten Gehäuseelementes (4b), des dritten Gehäuseelementes (4c) und des vierten Gehäuseelementes (4d) gemäß zumindest einem der Ansprüche 1 bis 7, wobei zumindest eines der Gehäuseelemente unter Verwendung eines Werkzeuges gemäß dem vorhergehenden Anspruch hergestellt wurde; und Verbinden der Gehäuseelemente zu einem Gehäusemodell.Method for producing a housing according to at least one of claims 3 to 7, comprising the steps of providing a respective plastic model of the first housing element ( 4a ), the second housing element ( 4b ) and the third housing element ( 4c ) or the first housing element ( 4a ), the second housing element ( 4b ), the third housing element ( 4c ) and the fourth housing element ( 4d ) according to at least one of claims 1 to 7, wherein at least one of the housing elements has been manufactured using a tool according to the preceding claim; and connecting the housing elements to a housing model. Verfahren gemäß Anspruch 9, weiterhin aufweisend den Schritt Herstellen des Gehäuses (2) aus dem Gehäusemodell unter Verwendung eines Gießverfahrens, insbesondere des Lost Foam Gießverfahrens.The method of claim 9, further comprising the step of manufacturing the housing ( 2 ) from the housing model using a casting process, in particular the lost foam casting process.
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