DE10038234A1 - Verfahren und Satz zur Herstellung eines Ständers einer Elektrischen Maschine sowie Ständer für eine Elektrische Maschine - Google Patents

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung eines Ständers einer elektrischen Maschine aus einem in Axialrichtung mindestens einfach geteilten Ständerkörper, mit folgenden Schritten: die Axial-Teilstücke oder - bei mehrfach geteiltem Ständerkörper - wenigstens zwei der Axial-Teilstücke des Ständerkörpers (1a, 1a') werden mit Leiterelementen (2) versehen, so daß diese entsprechende Axialabschnitte einer Wicklung bilden, wobei die Leiterelemente (2) Verbindungsstellen (3) zur Bildung der Wicklung aufweisen; die mit Leiterelementen versehenen Axial-Teilstücke (1, 1') werden zusammengefügt, wonach wenigstens ein Teil der Verbindungsstellen (3) verdeckt ist, wobei in Schritt b) oder nachfolgend auf Schritt b) die Leiterelemente (2) an den verdeckten Verbindungsstellen (3) elektrisch verbunden werden. Die Erfindung betrifft auch einen Ständer und einen Satz zur Herstellung eines Ständers.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung eines Ständers einer elektrischen Maschine und einen Ständer für eine elektrische Maschine. Sie betrifft ferner einen Satz zur Her­ stellung eines Ständers einer elektrischen Maschine.

Die Ständer von elektrischen Maschinen für Wechselstrom (z. B. Asynchron oder Synchronmaschinen in Rotations- oder Linearbau­ art, wobei mit dem Begriff "elektrische Maschine" sowohl Moto­ ren als auch Generatoren gemeint sind) sind i. a. mit einer Wicklung ausgestattet. Der durch diese fließende Strom erzeugt ein wanderndes magnetisches Feld, dessen Wirkung über den Luftspalt zwischen Ständer und Läufer hinweg die Bewegung des Läufers hervorruft.

Bei Gleichstrommaschinen und zum Teil auch bei Synchron- Wechselstrommaschinen ist i. a. auch der Läufer mit einer Wick­ lung ausgerüstet. Zur Vereinfachung nennt die folgende Be­ schreibung und die Patentansprüche nur Ständer. Hiermit sollen aber auch Läufer umfaßt sein, denn die Erfindung richtet sich gleichermaßen aber auch auf Läufer.

Bei einer Mehrphasen-Wechselstrommaschine hat die Wicklung i. a. eine der Anzahl der Phasen entsprechende Anzahl von Strängen. Jeder Strang ist zumeist aus mehreren Spulen mit einer oder mehreren Windungen aufgebaut. Die Spulen oder Serienschaltungen mehrerer Spulen eines Stranges sind i. a. mit ihrem einem Ende mit einer Stromzuführung verbunden, mit ihrem anderen Ende am sog. Sternpunkt. Die Spulen der verschiedenen Stränge sind i. a. überlappend angeordnet.

Herkömmlicherweise wird bei der Herstellung von elektrischen Maschinen ein Ständerkörper verwendet, der zwar ggf. aus mehre­ ren Stücken aufgebaut wird, aber spätestens vor dem Aufbringen der Wicklung zu einem Stück zusammengesetzt ist (siehe z. B. US 5,875,540). Der Wicklungsaufbau geschieht herkömmlicherweise durch Bewickeln von Nuten des Ständerkörpers mit Draht, z. B. Kupferdraht. Dieser Vorgang ist aufwendig und schwer automati­ sierbar. Zudem erreicht man mit einer Drahtwicklung meist nur einen relativ geringen Nut-Füllfaktor, da der Draht i. a. einen kreisrunden Querschnitt aufweist und sein Durchmesser meist klein gegenüber den Querschnittsabmessungen der Nuten ist.

Im Stand der Technik ist auch die Verwendung von vorgefertigten Formteilen zum Aufbau der Wicklung bekannt. Diese werden in der Regel einzeln in die Nuten eines Ständerblechpakets eingesetzt und nach dem Einsetzen im Bereich des Verbindungskopfes elek­ trisch miteinander zu Spulen verbunden. Unter "Verbindungs­ köpfen" versteht man diejenigen Teile der Spulen, die außerhalb der Nuten verlaufen und der Verbindung der in den Nuten verlau­ fenden Leiterabschnitten, der sogenannten Spulenseiten, dienen. Die elektrischen Verbindungen zwischen einzelnen Formteilen werden i. a. durch Verschweißen oder Verlöten hergestellt. Durch die Verwendung von Formteilen läßt sich zwar der Füllfaktor bei geeigneter Querschnittswahl erhöhen und das Einsetzen der Wick­ lung in die Nuten des Ständerkörpers gegenüber einer Drahtwick­ lung vereinfachen, diese Vorteile werden aber durch die hohe Anzahl elektrischer Verbindungsstellen erkauft, die nach dem Einsetzen hergestellt werden müssen.

Die DE 197 36 645 A1 schlägt beispielsweise vor, bei einer elektrischen Linearmaschine die Wicklungsspulen aus C-förmigen Formteilen aufzubauen. Um einen möglichst hohen Füllfaktor bei gleichzeitig kompakten Verbindungsköpfen zu erzielen, weisen die Blechabschnitte im Verbindungskopfbereich wegen einer über­ lappenden Anordnung von Spulen verschiedener Stränge eine fla­ chere Querschnittsform als im Nutbereich auf. Zur Bildung einer Windung werden jeweils zwei der Formteile in die entsprechenden Nuten eingesetzt und im Bereich des Verbindungskopfs miteinan­ der verbunden, z. B. durch Laser verschweißt.

In der WO 92/06527 ist ein Verfahren zur Herstellung einer elektrischen Maschine offenbart, bei welchem U-förmig vorgebo­ gene Leiterformteile von einer Stirnseite her in den Ständer­ körper eingeschoben und ihre Enden außen an der anderen Seite gegeneinander verschränkt und paarweise verbunden werden. Die Verwendung U-förmiger Formteile ist auch aus der DE 31 09 758 C2, die eine Vorrichtung zum Einschub von U-Windungen in die Nuten des Ständerkörpers einer elektrischen Maschine betrifft, bekannt.

Es sind auch Herstellungsverfahren bekannt, bei denen nicht der Ständer mit der Wicklung, sondern die Wicklung mit dem Ständer ausgerüstet wird. Die DE 44 11 749 A1 betrifft z. B. eine Stän­ derwicklung aus U-förmigen Formteilen, welche nicht im Bereich des Verbindungskopfs, sondern im Bereich der Spulenseiten ver­ schweißt werden. Die gesamte Wicklung wird zunächst ohne Stän­ derkörper erstellt. Dieser wird erst danach um die fertige Wicklung herum aufgebaut, indem einzelne Segmente aus weichma­ gnetischem Material in die Wicklung eingesetzt werden.

In der DE 197 29 432 C1, die einen Kurzschlußläufermotor be­ trifft, wird vorgeschlagen, die Läuferwicklung aus zwei Kurz­ schlußhalbkäfigen aufzubauen, die von den Stirnseiten her auf das Läuferblechpaket aufgezogen werden. Die einander zugewand­ ten Leiterenden werden dann in der Mitte des Läufers ver­ schweißt oder verlötet. Die Verbindungsstellen liegen somit in der konstruktiv niedrig belasteten Läufermitte.

Auch die DE 40 13 674 A1 betrifft einen Kurzschlußläufer, hier mit einem weiteren Kurzschlußring in der Mitte des Läufers, ei­ nen sogenannten Staffelläufer. Der gesamte Läufer, bestehend aus Läuferblechpaket und Kurzschlußkäfig, ist hier aus axialen Teilstücken zusammengesetzt. Die Läufer-Teilstücke werden im Gußverfahren hergestellt. Sie weisen an einer oder beiden Stirnseiten mitgegossene ringförmige Stege auf, die nach dem Zusammensetzen der Teilstücke durch Schweißen oder Löten elek­ trisch verbunden werden und so die Kurzschluß-Zwischenringe bilden.

Die beiden letztgenannten Druckschriften beschreiben insofern Sonderfälle, als sie Kurzschlußwicklungen betreffen, die - wie üblich - einlagig sind. Die Verbindungsstellen der Kurzschluß­ halbkäfige in der Läufermitte sind also von außen zugänglich. Somit kann die elektrische Verbindung der mittig im Läufer ge­ legenen Leiterenden durch die genannten Verfahren Schweißen oder Löten hergestellt werden, anders als bei einem Ständer oder Läufer mit mehrlagiger Wicklung, welche Verbindungsstel­ len, die von darüber geschichteten Wicklungslagen verdeckt sind, aufweist. In der DE 40 13 674 A1 ist im übrigen auch Reibschweißen als ein mögliches Verbindungsverfahren für die Kurzschlußläufer-Teilstücke genannt. Hiermit dürfte wohl ge­ meint sein, daß zwei Läufer-Teilstücke mit ihren rotationssym­ metrischen Stirnflächen aufeinandergepreßt und relativ zueinan­ der gedreht werden, so daß die hierbei entstehende Reibungswär­ me die Stirnflächen verschweißt.

Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein ein­ faches, schnell durchführbares und leicht automatisierbares Verfahren zur Herstellung eines Ständers für eine elektrische Maschine mit hoher Standfestigkeit gegenüber mechanischen und thermischen Belastungen zu schaffen. Dazu gehört die Bereit­ stellung eines entsprechenden Ständers sowie eines Satzes zu dessen Herstellung.

Die Erfindung stellt hierzu gemäß Anspruch 1 ein Verfahren zur Herstellung eines Ständers einer elektrischen Maschine aus ei­ nem in Axialrichtung mindestens einfach geteilten Ständerkörper bereit, bei welchem die Axial-Teilstücke oder - bei mehrfach geteiltem Ständerkörper - wenigstens zwei der Axial-Teilstücke des Ständerkörpers zunächst mit Leiterelementen versehen wer­ den. Die Leiterelemente weisen Verbindungsstellen zur Bildung der Wicklung auf. Die mit Leiterelementen versehenen Axial- Teilstücke werden dann zusammengefügt, wonach wenigstens ein Teil der Verbindungsstellen verdeckt ist, z. B. durch darüber­ liegende Leiterelemente. Bei oder nach dem Zusammenfügen der Axial-Teilstücke werden die Leiterelemente an den verdeckten Verbindungsstellen elektrisch miteinander verbunden. Es ver­ steht sich, daß gleichzeitig auch Leiterelemente mit nicht- verdeckten Verbindungsstellen (z. B. die oberste Lage in einer Nut) elektrisch miteinander verbunden werden können, sofern solche vorhanden sind.

Der erfindungsgemäße Ständer umfaßt gemäß Anspruch 12 einen Ständerkörper, der aus wenigstens zwei Axial-Teilstücken gebil­ det ist, und eine von Leiterelementen gebildeten Wicklung, wel­ che im Bereich der Axial-Teilungsebenen elektrisch miteinander verbunden sind, wobei wenigstens ein Teil dieser Verbindungs­ stellen durch den Ständerkörper und/oder durch darüber ge­ schichtete Leiterelemente verdeckt ist.

Die Erfindung stellt schließlich gemäß Anspruch 23 einen Satz zur Herstellung eines Ständers einer elektrischen Maschine ge­ mäß dem oben genannten Herstellungsverfahren bereit. Der Satz umfaßt wenigstens zwei äußere Axial-Teilstücke und mehrere Axial-Mittelstücke unterschiedlicher axialer Länge. Damit sind - je nachdem welches Mittelstück verwendet wird - Ständer un­ terschiedlicher axialer Länge herstellbar.

Die Erfindung steht damit im Gegensatz zum eingangs genannten Stand der Technik, wonach ein in Axialrichtung einstückiger Ständerkörper durch Bewickeln oder Einsetzen von Formteilen mit einer Wicklung (Mehrphasenwicklung) ausgerüstet wird.

Ein Nachteil dieser bekannten Verfahren liegt in dem hohen Zeitaufwand für die Herstellung der Wicklung. Denn es müssen entweder Spulen auf den Ständerkörper gewickelt werden, oder - im Fall von Formteilwicklungen - müssen Leiterelemente z. B. von einer Seite eingesetzt und auf der anderen verbunden werden. Wegen der überlappenden Anordnung der verschiedenen Spulen ist i. a. ein lagenweises Aufbauen der Wicklung geboten, bei dem die zahlreichen erforderlichen Leiterverbindungen einzeln und nach­ einander erstellt werden müssen. Dies erfordert einen relativ hohen Aufwand bei der Fertigung.

Bei der Erfindung ist demgegenüber die Herstellung i. a. weniger aufwendig. Das Einsetzen der Leiterelemente in die Axial-Teil­ stücke des Ständerkörpers mit anschließendem Zusammenfügen der Axial-Teilstücke und Herstellen der elektrischen Verbindungen ist nämlich i. a. einfacher, kann schneller erfolgen und ist leichter automatisierbar. Auch ist es von Vorteil, daß die Verbindungsstellen in der Ständermitte statt im Verbindungskopf liegen und daher nur geringerer mechanischer Belastung stand­ halten müssen. Statt eines zeitraubenden lagenweisen Aufbaus können die zu verbindenden Leiterenden mit dem Zusammenfügen der Axial-Teilstücke des Ständers "in einem Streich" in die endgültigen Relativpositionen gebracht werden. Wenn zudem ein geeignetes Verbindungsverfahren (z. B. Zusammenstecken einer Steckverbindung) gewählt wird, können auch die elektrischen Verbindungen mit dem Zusammenfügen hergestellt werden.

In den Unteransprüchen sind vorteilhafte Ausgestaltungen ange­ geben.

Vorzugsweise wird der Ständer aus zwei Axial-Teilstücken aufge­ baut (Ansprüche 2 und 13. Besonders einfach gestaltet sich der Herstellungsprozeß, wenn die beiden Teilstücke im wesentlichen gleich gestaltet sind, da dann die beiden Ständerhälften ein­ fach mit gleichen Maschinen bestückt werden können und die Zahl der benötigten unterschiedlichen Formteile gering ist. Gewisse Unterschiede zwischen den beiden Ständerhälften bleiben i. a. bestehen, z. B. ist ein Stromzuführungsring i. a. nur einseitig vorhanden.

Gemäß den Ansprüchen 3 und 14 wird der Ständer hingegen aus drei oder mehr Axial-Teilstücken zusammengesetzt. Bei der be­ sonders bevorzugten Form mit drei Teilstücken ist neben den beiden äußeren Teilstücken, die noch in stärkerem Maße als bei zwei Teilstücken gleich (symmetrisch) aufgebaut sein können, ein Mittelstück vorgesehen. Vorteilhaft dient das Mittelstück dazu, die Wicklungselemente der beiden äußeren Teilstücke zu verbinden, wie weiter unten noch näher erläutert wird.

Vorteilhaft wird die Wicklung aus vorgefertigten Formteilen ge­ bildet (Anspruch 4). Formteile weisen i. a. bereits alle erfor­ derlichen Krümmungen und Abwicklungen auf, haben also keine Be­ schränkungen hinsichtlich Mindestbiegeradius. Sie können ohne Biegeverformung aus dem Vollen z. B. durch Fräßen, Stanzen, Gie­ ßen, hergestellt sein. Möglich ist auch eine Verschweißung von Einzelteilen von dem Einsetzen der Formteile in die Ständer- Teilstücke. Sie brauchen keinen runden Querschnitt haben und sind daher i. a. zur Erzielung eines hohen Füllfaktors dem Nutquerschnitt angepaßt, z. B. durch Rechteckquerschnitt. Formteile können nach dem Einsetzen besonders einfach durch Befestigungs­ mittel am Herausrutschen aus den Nuten gehindert werden, z. B. durch Klemmen eines Keils zwischen eine verengte Öffnung der Nut und das an der Öffnung liegende Formteil. In jedem Axial- Teilstück kann die Anordnung der (Halb-)Wicklung hierdurch so fixiert werden, daß beim Zusammensetzen der Teilstücke des Ständers automatisch die zu verbindenden Leiterenden fluchten und nicht herausgeschoben werden.

Vorzugsweise werden die äußeren Axial-Teilstücke des Ständer­ körpers mit U-förmigen Formteilen bestückt, wobei die Basis des "U" den Verbindungsleiter und die beiden Schenkel des "U" je­ weils einen Spulenseiten-Abschnitt bilden (Anspruch 5). Sie werden vorteilhaft von den Ständer-Stirnseiten her in Axial­ richtung in die Nuten der Axial-Teilstücke eingeschoben, so daß beim Zusammensetzen der Axial-Teilstücke die Leiter an den freien Enden der Spulenseiten-Abschnitte miteinander verbunden werden. Bei dieser Ausgestaltung sind zusätzlich zu den im Be­ reich der Teilungsebenen gelegenen Verbindungsstellen keine weiteren elektrischen Verbindungen im Verbindungskopfbereich für die Bildung von Wicklungsspulen herzustellen (die Wick­ lungsspulen sind noch an Stromzuführungen und/oder andere Wick­ lungsspulen anzuschließen). Die Verbindungsköpfe der Leiterele­ mente können während des Zusammensetzens der Ständer-Teilstücke durch Montagehilfen an den Stirnseiten des Ständers gegen Her­ ausrutschen aus den Nuten gesichert werden.

Zur Herstellung der elektrischen Verbindung zweier Leiterele­ mente ist im allgemeinen Energie an die Verbindungsstelle her­ anzuführen, z. B. elektrische, thermische und/oder mechanische Energie. Vorteilhaft wird diese Energie wenigstens teilweise über die Leiterelemente zu der Verbindungsstelle geführt (Ansprüche 6 und 7). Auf diese Weise kann die Verbindung auf einfache Weise auch an einer solchen Verbindungsstelle erfol­ gen, die durch darüber geschichtete Leiterelemente verdeckt ist. Die Leiterelemente sind nämlich - auch wenn sie in den Nu­ ten von anderen Leiterelementen verdeckt sind - im Verbindungs­ kopfbereich zumindest teilweise zugänglich, so daß z. B. in die­ sem Bereich die zur Verbindungsstelle zu übertragende Energie in die Leiterelemente hineingeführt oder an diese angekoppelt werden kann. Hierzu im Gegensatz steht z. B. das Verbinden durch Laserschweißen, da bei diesem Verfahren für den Laserstrahl ein direkter Zugang zur Verbindungsstelle erforderlich ist.

Bei einer Ausgestaltung werden die Leiterelemente durch Wider­ standsschweißen verbunden. Hierbei werden die Leiterelemente mit der Verbindungsstelle in einen Stromkreis einbezogen. An der Berührungsstelle der Leiterenden verwandelt sich aufgrund des dort relativ hohen elektrischen Widerstands der größte Teil der elektrischen Energie in Wärme. Bei Erreichen der Schweiß­ temperatur verschweißen die Leiterenden, wobei diese vorteil­ haft aufeinandergedrückt werden. Hierdurch wird eine robuste, standfeste und elektrisch günstig sich verhaltende Verbindung erzeugt, ohne daß die Verbindungsstelle von außen zugänglich sein muß. Um ein Auskragen des entstehenden Schweißgrats zu vermeiden, können die Kanten der Leiterenden angeschrägt sein. Ferner können die Nuten des Ständers im Bereich der Schweißver­ bindungsstelle verbreitert ausgeführt sein, so daß ein mögli­ cherweise auskragender Schweißgrat nicht in elektrischen Kon­ takt zu den Ständerblechen treten kann. Es ist möglich, jeweils nur zwei, aber auch mehrere oder sämtliche Leiterelemente des Ständers gleichzeitig miteinander zu verschweißen.

Bei einer anderen Ausgestaltung werden die Leiterelemente durch Löten verbunden. Hierbei ist es vorteilhaft, das Lot vor dem Zusammenfügen der Axial-Teilstücke aufzubringen. Die erforder­ liche Wärmeenergie kann dann nach dem Zusammensetzen der Teil­ stücke durch Wärmeleitung oder elektrischen Stromfluß über die Leiterelemente zu der Verbindungsstelle geführt werden.

Eine weitere Möglichkeit ist das Verschweißen der Leiterelemen­ te mit Hilfe der Ultraschalltechnik. Die Enden der Leiterele­ mente sind hierbei mit Spitzen oder Schneiden versehen, welche bei Anwendung von Ultraschall durch die dadurch hervorgerufene Reibungserwärmung mit den Spitzen oder Schneiden des jeweils anliegenden anderen Leiterendes verschmelzen.

Ferner können die Leiterelemente durch Kleben mit leitfähigem Klebstoff verbunden werden, wobei es vorteilhaft ist, den Kleb­ stoff vor dem Zusammensetzen der Ständer-Teilstücke aufzubrin­ gen (Anspruch 8 und erster Teil von Anspruch 15).

Anstatt oder zusätzlich zu einer der bisher genannten Verbin­ dungstechniken können die Leiterelemente auch durch Berührver­ bindungen, insbesondere durch Steckverbindungen verbunden wer­ den (Ansprüche 9, 15 (zweiter Teil) und 17). Die Steckverbin­ dungsteile können konisch oder zylindrisch ausgebildet sein. Sie sind vorteilhaft kraftbeaufschlagt, insbesondere elastisch beaufschlagt. Vorteilhaft werden alle Steckverbindungen gleich­ zeitig hergestellt. Das Zusammenstecken der Leiterelemente ge­ schieht vorzugsweise mit dem Zusammensetzen der Ständer-Teil­ stücke.

Zusätzlich zu den genannten Verbindung kann auch eine form­ schlüssige Verbindung vorliegen (Anspruch 16). Der Formschluß kann beispielsweise durch eine Schnappverbindung herbeigeführt werden, etwa indem eine Auskragung eines Leiterelements in ei­ nen Hinterschnitt des komplementär ausgebildeten anderen Leite­ relements einrastet.

Eine elastische Kraftbeaufschlagung der Berührverbindung kann durch die Leiterelemente selbst erzeugt werden (Anspruch 18). Dies ist z. B. der Fall, wenn ein Leiterelement beim Zusammen­ stecken mit dem anderen elastisch verformt wird, indem bei­ spielsweise eine teilweise geschlitzte Steckhülse geweitet oder ein geschlitzter Steckstift zusammengedrückt wird. Die elasti­ sche Kraftbeaufschlagung kann aber auch gemäß Anspruch 19 von gesonderten Federelementen erzeugt werden, die vorzugsweise aus Elastomermaterial hergestellt sind (Anspruch 20). Die gesonder­ ten Federelemente werden z. B. beim Zusammenstecken der Leitere­ lemente elastisch verformt, insbesondere gedehnt, und üben dann eine entsprechende Rückstellkraft auf die Berührverbindung aus.

Bei einer Ausgestaltung gemäß Anspruch 21 sind die Verbindung­ selemente als Steckverbinderbuchsen mit einem Elastomerelement, vorzugsweise aus Silikongummi, ausgebildet, welches ein leiten­ des Buchsenteil elastisch gegen die eingesteckten Leiterelemen­ te drückt. Bei der Steckverbinderbuchse kann es sich z. B. im eine geschlitzte Metallbuchse handeln, deren Segmente durch die umgebende Elastomerfassung an das oder die eingesteckten Leite­ renden angepreßt werden. Zur Herstellung der oben bereits er­ wähnten formschlüssigen Verbindungen ist es vorteilhaft, daß die Leiterelemente beim Einstecken in die Steckverbinderbuchsen einrasten. Dies kann beispielsweise dadurch erreicht werden, daß eine Aussparung der Leiterenden in einen elastisch beauf­ schlagten, den Innenquerschnitt verengenden Rastvorsprung der Steckverbinderbuchsen einschnappt.

Bei einer besonders bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung ist der Ständer aus drei Axial-Teilstücken zusammengesetzt (wie be­ reits oben erwähnt), und die Leiterelemente der beiden äußere Axial-Teilstücke sind an ihren die Verbindungsstellen bildenden Enden als Stecker oder Buchsen ausgebildet. Das Verbinden zwei­ er derartiger Stecker bzw. Buchsen erfolgt mit Hilfe komplemen­ tärer Doppelbuchsen bzw. Doppelstecker im mittleren Axial- Teilstück (Ansprüche 11 und 22). Diese Ausgestaltung hat den Vorteil, daß die beiden äußeren Axial-Teilstücke symmetrisch aufgebaut sein können, und insbesondere die Leiterelemente der beiden Teilstücke gleichartig im Sinne von Stecker oder Buchse ausgebildet sein können. Dies verringert die erforderliche An­ zahl verschieden ausgebildeter Leiterelemente. Das Axial- Mittelstück weist vorteilhaft breitere und/oder tiefere Nuten als der übrige Ständerkörper auf, um die Steckverbindungsele­ mente (z. B. Doppelbuchsen oder Doppelstecker) aufnehmen zu kön­ nen.

Außerdem ist es bei dieser Ausgestaltung möglich, mit geringem konstruktivem und herstellungstechnischem Aufwand elektrische Maschinen unterschiedlicher axialer Länge herzustellen. Hierzu ist es nur erforderlich, zwei jeweils gleichbleibende äußere Axial-Teilstücke mit einem (oder ggf. mehr als einem) Axial- Mittelstück, dessen axiale Länge fallweise im Hinblick auf die axiale Länge der zu erstellenden elektrischen Maschine gewählt wird, zusammenzusetzen. Entsprechend ist Anspruch 23 auf einen Satz zur Herstellung eines Ständers einer elektrischen Maschine gerichtet. Der Satz umfaßt wenigstens zwei äußere Axial- Teilstücke und mehrere Axial-Mittelstücke unterschiedlicher axialer Länge, womit - je nach dem welches Mittelstück verwen­ det wird - Ständer unterschiedlicher axialer Länge herstellbar sind.

Ferner ist es bei der dieser Ausgestaltung möglich, mit Hilfe des Mittelteiles aus einer elektrischen Maschine gewissermaßen zwei Maschinen in einem Ständer zu bilden, falls man beispiels­ weise eine Funktion als elektromagnetische Kupplung, als Syn­ chronisiereinrichtung etc. erreichen will. Hierfür werden zwei voneinander unabhängig drehbare und ggf. auch unabhängig steu­ erbare Läufer vorgesehen.

Zur Stromversorgung der Spulen der Wicklung sind die Spulenen­ den - sofern sie nicht bei einer Serienschaltung mit den Enden anderer Spulen verbunden sind - mit jeweils einem Stromversor­ gungsleiter zu verbinden. Bei einer Mehrphasenmaschine gibt es i. a. für jede Phase sowie für den sog. "Sternpunkt" einen sol­ chen Stromversorgungsleiter. Diese werden wegen ihrer Ringform oft als "Stromringe" bezeichnet. Diese Stromversorgungsleiter können Teil des mittleren Axial-Teilstücks sein. Dies erlaubt eine noch weitgehendere symmetrische Ausgestaltung der beiden äußeren Axial-Teilstücke, da die Stromversorgungsleiter (z. B. Stromringe) nun nicht mehr einem dieser beiden äußeren Axial- Teilstücke zugeordnet sind.

Die Axial-Teilstücke des Ständerkörpers werden gemäß Anspruch 10 durch Sperrmittel zusammengehalten, und beim Zusammenfügen werden ggf. Positionierhilfen verwendet. Sperrmittel können beispielsweise Befestigungsstifte (Spann-, Kerb-, oder Kegel­ stifte), Schrauben oder Nieten sein. Als Positionierhilfen sind insbesondere Paßstifte geeignet, die in regelmäßig auf den Ständerumfang verteilte Bohrungen eingesetzt werden. Es ist möglich, beide Funktionen zu vereinen, also z. B. die Paßstifte nach dem Zusammensetzen der Axial-Teilstücke zu vernieten.

Der Ständer ist insbesondere der Ständer eines Kurbelwellen­ starter-Generators für ein Kraftfahrzeug. Hierbei handelt es sich um einen Starter- und Generator, der konzentrisch auf der Kurbelwelle eines Verbrennungsmotors oder einer Wellenverlänge­ rung hiervon sitzt und vorzugsweise ohne Zwischenübersetzung drehfest mit dieser Welle verbunden ist. Vorzugsweise handelt es sich um eine Drehstrommaschine in Asynchron- oder Synchron­ bauart.

Die Erfindung wird nun anhand von Ausführungsbeispielen und der schematischen Zeichnung näher erläutert. Schnittdarstellungen mit Schnittebene in Axialrichtung werden als "Axialschnitt" und solche mit Schnittebene quer zur Axialrichtung als "Radial­ schnitt" bezeichnet. In der Zeichnung zeigen:

Fig. 1 einen Axialschnitt eines aus zwei Axial-Teilstücken zusammengesetzten Ständers, wobei nur eine Hälfte des Ständerumfangs dargestellt ist;

Fig. 2 eine Draufsicht auf ein U-förmiges Leiterelement;

Fig. 3 einen Radialschnitt eines Ständerausschnitts im Be­ reich einer Nut mit eingesetzten Leiterelementen;

Fig. 4 einen Axialschnitt eines Axial-Teilstücks mit einer Montagehilfe, die in aufgesetztem Zustand ein Heraus­ rutschen der Leiterelemente verhindert;

Fig. 5 einen Axialschnitt eines Ständerausschnitts im Be­ reich einer Verbindungsstelle zweier Leiterenden vor dem zusammenfügen der Axial-Teilstücke (linkes Bild) und nach dem Verbinden der Leiterenden durch Wider­ standsstumpfschweißen (rechtes Bild);

Fig. 6 einen Axialschnitt ähnlich dem linken Bild von Fig. 5, wobei die Leiterenden für eine Ultraschallver­ schweißung ausgebildet sind;

Fig. 7 einen Axialschnitt ähnlich Fig. 6, wobei die für eine konische Steckverbindung ausgebildet sind;

Fig. 8 eine Ansicht entsprechend Fig. 7, wobei die konische Steckverbindung zusätzlich als Schnappverbindung zur Herstellung eines Formschlußes ausgebildet ist;

Fig. 9 eine Ansicht ähnlich Fig. 1, jedoch bei einem Ausfüh­ rungsbeispiel mit einem aus drei Axial-Teilstücken zusammengesetzten Ständer, in noch nicht zusammenge­ fügtem Zustand;

Fig. 10 einen Radialschnitt eines Ständerausschnitt im Be­ reich einer Nut entlang Linie A-A in Fig. 9 des äußeren Aixal-Teilstücks (linkes Bild) und entlang Linie B-B (rechtes Bild);

Fig. 11 einen vergrößerten Radialschnitt einer Steckverbin­ derbuchse gemäß Fig. 10; .

Fig. 12 eine Darstellung ähnlich Fig. 11 eines anderen Aus­ führungsbeispiels einer Steckverbinderbuchse (linkes Bild), die zusätzlich in einem Axialschnitt längs der Linie C-C gezeigt ist (rechtes Bild);

Fig. 13 ein Axialschnitt eines Ständerausschnitts im Bereich einer Steckverbinderbuchse mit eingesteckten Leite­ renden bei einem dreiteiligen Ständer;

Fig. 14 eine Darstellung entsprechend Fig. 13, jedoch eines anderen Ausführungsbeispiels;

Fig. 15 eine perspektivische Ansicht eines Leiterendes mit einer Vertiefung zum Verrasten mit einer komplementä­ ren Steckverbinderbuchse;

Fig. 16 einen Satz von Axial-Teilstücken zur Herstellung von Ständern mit unterschiedlichen Axiallängen;

Fig. 17 eine stark schematisch vereinfachte Darstellung eines Kraftfahrzeug-Austriebssystems mit einer als Starter- Generator ausgebildeten elektrischen Maschine mit ei­ nem Ständer der hier beschriebenen Art.

In den Figuren sind funktionsgleiche Teile zum Teil mit glei­ chen Bezugszeichen gekennzeichnet.

Die folgende Beschreibung und die Zeichnung behandeln nur den Fall eines aus Axial-Teilstücken hergestellten Ständers. Ent­ sprechendes gilt jedoch für einen analog hergestellten Läufer. Klarstellend sei angemerkt, daß es sich bei den hier beschrie­ benen Wicklungen nicht etwa um Kurzschlußwicklungen handelt.

Der in Fig. 1 gezeigte Ständer ist aus zwei im wesentlichen gleichen Axial-Teilstücken 1, 1' zusammengefügt. Jedes von diesen ist aus einem entsprechenden Ständerkörper-Teilstück 1a, 1a', das aus weichmagnetischem Material - meist in Form von Blechpaketen - hergestellt ist, und aus einem entsprechenden Wicklungs-Teilstück aufgebaut. In Fig. 1 ist aufgeschnitten ei­ ne Nut 9 gezeigt. In diese sind vor dem Zusammenfügen der Stän­ derkörper-Teilstücke 1a, 1a' von beiden Stirnseiten mehrere, hier je fünf Leiterelemente 2 in Axialrichtung eingesetzt wor­ den. Diese sitzen aufeinandergeschichtet in der Nut 9, deren Öffnung durch Nasen am Nutkopf 7 verengt ist (siehe Fig. 3). Die Breite a der verbleibenden Öffnung am Nutkopf 7 liegt zwi­ schen 0,1 bis 2 mm, abhängig von der Größe der elektrischen Ma­ schine und den Anforderungen an den Wirkungsgrad. Bei dem bei­ spielhaft beschriebenen Verfahren braucht die Öffnung am Nut­ kopf 7 zum Einsetzen der Leiterelemente 2 nicht etwa vergrößert und ausschließend verkleinert werden (etwa durch Umbiegen der Nasen oder Einlegen eines Ringes), da das Einsetzen nicht etwa in Radialrichtung, sondern in Axialrichtung erfolgt. Die Ver­ bindungselemente 2 ragen stirnseitig aus dem Ständerkörper hin­ aus und bilden dort sog. Verbindungsköpfe 4. Die Gesamtheit der Leiterelemente 2 eines Axial-Teilstücks 1, 1' bildet die o. g. Halbwicklung. Die Leiterelemente 2 eines Axial-Teilstücks 1 werden beim oder nach dem Zusammenfügen der Axial-Teilstücke 1, 1' im Bereich der zwischen diesen liegenden Teilungsebene 6 mit den Leiterelementen 2 des anderen Axial-Teilstücks 1' elek­ trisch und mechanisch verbunden, wie unten näher beschrieben wird. Die Verbindungsstellen 3 liegen beim Beispiel gemäß Fig. 1 an der Teilungsebene 6. Bei den Ausführungsformen der Fig. 9, 13 und 14 liegen die Verbindungsstellen hingegen in Axialrich­ tung weiter aus der Teilungsebene versetzt.

Beim Zusammenfügen der Axial-Teilstücke 1, 1' können beispiels­ weise in die Ständerbleche je 6 in 60°-Schritten auf dem Stän­ derumfang verteilte Positionierungs- und Zentrierbohrungen ein­ gebracht und die Positionierung mit Hilfe von Paßstiften 5 (i. a. Zylinderstifte) vollzogen werden. Die Paßstifte 5 können ggf. auch dazu dienen, die zusammengefügten Teilstücke 1, 1' aufeinander zu fixieren, z. B. indem sie vernietet werden. Die Teilstücke 1, 1' können z. B. auch durch andere Sperrmittel, wie Schrauben, oder Klammern und/oder durch die Leiterverbindungen selbst fixiert werden.

Gemäß Fig. 2 sind die Leiterelemente 2 z. B. U-förmig vorgefer­ tigte Formteile mit je einem Verbindungskopf 4 und zwei zum Verlauf in der Nut bestimmten Spulenseiten-Abschnitten 8. Die Länge der letzteren entspricht der axialen Erstreckung der Ständerkörper-Teilstücke 1, 1a, ggf. zuzüglich einer Verlänge­ rung zur Herstellung der Verbindung zwischen den Leiterelemen­ ten 2. Im Querschnitt sind die Spulenseiten-Abschnitte 8 der Nutform angepaßt. Bei einer Nut 9 mit parallelen, geraden Wän­ den haben sie z. B. Rechteck-Querschnitt. Ihre Breite entspricht der Nutbreite, ihre Höhe (in Radialrichtung) entspricht der Nuttiefe geteilt durch die Anzahl der Leiterschichten in der Nut. Im Verbindungskopfbereich sind die Formteile hingegen z. B. um einen Faktor 2 bis 8 flacher und dafür entsprechend breiter ausgebildet, so daß die Querschnittsfläche im Bereich der Ver­ bindungsköpfe 4 und der Spulenseiten-Abschnitt 8 im wesentli­ chen gleich ist. Durch die flachere und breitere Querschnitts­ form im Verbindungskopfbereich wird erreicht, daß sich die Ver­ bindungsköpfe 4 von überlappend angeordneten Spulen, die zu verschiedenen Strängen einer Mehrphasenwicklung gehören, in Ra­ dialrichtung ausweichen können und somit keine Ausweichung in Axial-Richtung, wie bei drahtgewickelten Spulen, benötigen. Dies hat den Vorteil, daß der magnetisch inaktive Teil der (axialen) Länge des Ständers relativ klein gehalten werden kann. Die Formteile bestehen beispielsweise aus Kupfer und/oder Aluminium und sind z. B. aus dem Vollen gefräst, gegossen, ge­ stanzt und/oder gepreßt oder aus Teilen zusammengeschweißt.

Nach dem Einsetzen der Formteile 2 in die Ständerkörper 1a, 1a' werden diese bei einer Ausführungsform in der Nut 9 verspannt und so daran gehindert beim folgenden Zusammenfügen der Axial- Teilstücke 1, 1', bei dem ggf. die zu verbindenden Leiterele­ mente aufeinander gedrückt werden, aus den Nuten zu rutschen. Dies kann gemäß Fig. 3 z. B. durch einen Keil oder ein anderes Klemmmittel 10 geschehen, der bzw. das zwischen die verengte Öffnung am Nutkopf 7 und das zuoberst eingesetzte Leiterelement 2 geklemmt wird. Bei einer anderen Ausführungsform werden die Leiterelemente 2 beim Zusammenfügen der Axial-Teilstücke 1, 1' fixiert, indem man eine Montagehilfe 11 auf die Stirnseiten der Teilstücke 1, 1' aufsetzt, wie in Fig. 4 gezeigt ist (die Mon­ tagehilfe 11 ist dort als noch nicht vollständig aufgesetzt dargestellt). Die Montagehilfe 11 hat Ausnehmungen zur paßgenauen Aufnahme der Verbindungsköpfe 4. Durch das Andrücken der Montagehilfe 11 an die Stirnseite zumindest des einen Teil­ stücks 1 und dadurch an die Verbindungsköpfe 4 werden die Lei­ terelemente 2 gegen Herausrutschen gesichert, so daß das Teil­ stück 1 nun so gedreht werden kann, daß die Verbindungsköpfe 4 nach unten zeigen. Das zweite Axial-Teilstück 1' kann nun von oben aufgesetzt werden. Auch das zweite Axial-Teilstück 1' wird vorteilhaft mit einer entsprechenden Montagehilfe 11 ausgerü­ stet, und zwar insbesondere dann, wenn die Verbindung der Lei­ terelemente 2 die Aufbringung von Druck erfordert.

Im folgenden werden verschiedene Möglichkeiten zur elektrischen und mechanischen Verbindung der Enden der in die Axial-Teil­ stücke eingesetzten Leiterelemente 2 erläutert. Die einzeln en Möglichkeiten können auch kombiniert werden, wie unten noch nä­ her ausgeführt wird. Gemeinsam ist allen Möglichkeiten, daß die Verbindungsstelle in zusammengefügtem Zustand der Axial-Teil­ stücke 1, 1' von außen nicht mehr zugänglich ist (eine Ausnahme kann höchstens bei der unmittelbar am Nutkopf 7 liegenden Spu­ lenwicklung vorliegen). Die Verbindung wird daher entweder mit dem Zusammenfügen der Axial-Teilstücke (z. B. nach Art einer Steckverbindung) oder nach deren Zusammenfügen mit Hilfe einer Verbindungstechnik, die keinen direkten Zugang zu der Verbin­ dungsstelle erfordert, hergestellt werden.

Gemäß Fig. 5 erfolgt die Verbindung durch Widerstandsstumpf­ schweißen. Vorteilhaft ragen die Enden der Leiterelemente 2 et­ was aus der Teilungsebene 6 der Axial-Teilstücke 1, 1' heraus, damit sie für den Schweißvorgang aufeinander gedrückt und Mate­ rial für die Verschweißung abgeschmolzen werden kann. Die Ver­ schweißung erfolgt durch Anlegen einer geeigneten Schweißspan­ nung an die zu verschweißenden Leiterelemente 2, beispielsweise indem eine Schweißspannung an die entsprechenden Verbindungs­ köpfe 4 angelegt wird. Hierbei ist es möglich, je nachdem an wie viele Verbindungsköpfe die Schweißspannung angelegt wird, jeweils nur eine Verbindungsstelle 3 oder gleichzeitig alle Verbindungsstellen einer Gruppe (z. B. einer Spule) oder der ge­ samten Wicklung zu verschweißen. Aufgrund des relativ hohen Übergangswiderstands an der Berührstelle der beiden zusammenge­ drückten Leiterelemente 2 erzeugt der Schweißstrom an dieser Stelle Wärme, so daß die Leiterenden miteinander verschmelzen, wobei aufgeschmolzenes Material nach außen gedrückt wird. Damit der hierbei entstehende Schweißgrat 12 weder die Nutwand 13 noch andere Spulenwindungen berührt (was zu einem Masse- oder Wicklungsschluß führen könnte), sind die Enden der Leiterele­ mente z. B. mit abgeschrägten Kanten ausgebildet. Die Länge der Abschrägung beträgt (bezogen auf die Axialrichtung) z. B. 0,1 bis 0,2 mm. Der hierdurch gebildete Hohlraum nimmt den Schweiß­ grat 12 auf (siehe rechtes Teilbild von Fig. 5). Bei weiteren (nicht gezeigten) Ausführungsformen sind die Nuten im Bereich der Verbindungsstellen zusätzlich verbreitert ausgeführt, um Raum für den Schweißgrat zu bilden. Die Verbreiterung kann sich in Axialrichtung z. B. über 1 bis 3 Ständerbleche erstrecken. Die Verbreiterung beträgt z. B. das Zweifache der Schweißgrathö­ he.

Fig. 6 zeigt eine für Ultraschallverschweißung ausgebildete Ausführungsform. Hierbei ragen die zu verschweißenden Leiteren­ den mit Schneiden 14 über die Teilungsebene der Axial- Teilstücke 1 hinaus. Durch Zusammendrücken der Leiterenden und Aufbringung von Ultraschall entsteht an den Berührpunkten der Schneiden 14 durch deren Relativbewegung Reibungswärme, die zum Aufschmelzen der Schneiden 14 und damit zum Verschweißen der Enden der Leiterelemente 2 führt. Die Einkopplung der Ultra­ schallenergie erfolgt beispielsweise dadurch, daß ein Ultra­ schallgeber mit den Verbindungsköpfen 4 der zu verschweißenden Leiterelemente 2 gekoppelt wird. Es ist auch möglich, ein oder beide Axial-Teilstücke 1, 1' mit einem Ultraschallgeber zu kop­ peln; die Ultraschallschwingungen übertragen sich dann von den Ständerkörpern, 1a, 1a' auf die zu verschweißenden Leiterele­ mente 2.

Bei anderen Ausgestaltungen dient eine Steckverbindung zum Kon­ nektieren der Leiterelemente 2. Bei einer konischen Steckver­ bindung gemäß den Ausführungsbeispielen der Fig. 7 und 8 weist eines der Leiterelemente 2 seinem Ende einen Fortsatz in Form eines Keils 15 auf, der in eine komplementäre Keilnut 16 im ge­ genüberliegenden Leiterelement 2 eingedrückt wird. Der Keilwin­ kel α bezogen auf die Steckrichtung ist so klein gewählt, daß Selbsthemmung vorliegt. Beispielsweise ist der Wert des Keil­ winkels α für übliche Kupfer- oder Aluminiumoberflächen kleiner 8°. Beim Eindrücken des Keils 15 in die Keilnut 16 wird letztere elastisch gespreizt und drückt daher auf den Keil 15. Auf­ grund der Selbsthemmung kann dieser Druck (und ein ggf. zusätz­ lich vorhandener äußerer Querdruck) den Keil 15 nicht aus der Keilnut 16 treiben.

Bei dem Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 8 ist der Keil 15 zu­ sätzlich mit einer Auskragung 18 ausgestattet, und die Nut 16 weist eine entsprechende Hinterschnitt-Aussparung 18a auf. Der Hinterschnitt-Winkel β (bezogen auf eine Richtung quer zur Steckrichtung) ist wiederum so klein gewählt, daß Selbsthemmung bei Anlegen einer Zugkraft in Steckrichtung auftritt. Hinsicht­ lich geeigneter Werte des Winkels β gilt das oben für den Win­ kel α gesagte. Die Seitenwangen 17 der Keilnut 16 sind so fle­ xibel ausgeführt, daß der Keilfortsatz 15 beim Eindrücken in die Nut 16 mit der Auskragung 18 in die Aussparung 18a ein­ schnappt und auf diese Weise arretiert wird.

Bei den Ausführungsbeispielen der Fig. 7 und 8 wechselt vor­ teilhaft die Querschnittsform von Keilfortsatz 15 und Keilnut 16 über die Querrichtung der Keilverbindung (d. h. der Richtung senkrecht zur Zeichenebene der Fig. 7 und 8), so daß auch ein Lösen der Verbindung in dieser Querrichtung verhindert wird.

Das Herstellen der konischen Steckverbindungen (Keilverbindun­ gen) erfolgt, indem zunächst die Ständerkörper-Teilstücke 1a, 1a' vorzugsweise vollständig mit den Leiterelementen 2 bestückt werden, diese fixiert werden und schließlich die so vorbereite­ ten Axial-Teilstücke 1, 1' zusammengefügt werden, wobei das Zu­ sammenstecken der Leiterenden mit dem Zusammenfügen erfolgt.

Eine weitere, nicht durch eine eigene Figur dargestellte Ver­ bindungsart beruht auf Verlötung. Hierzu kann beispielsweise das Lot vor dem Zusammenfügen der Axial-Teilstücke z. B. in Form von Lötpaste auf die zu verbindenden Leiterenden aufgetragen werden. Nach dem Zusammensetzen kann die für eine Verlötung er­ forderliche Wärmeenergie durch Stromfluß (wie beim Widerstands­ stumpfschweißen) oder durch Wärmeleitung zu den Verbindungs­ stellen gebracht werden. Im letzteren Fall wird die Wärme bei­ spielsweise im Verbindungskopfbereich in die Leiterelemente eingeführt (etwa durch Wärmeleitungs-Ankopplung einer Wärmequelle). Durch Wärmeleitung wird sie dann durch die Leiterele­ mente zur Verbindungsstelle transportiert.

Eine weitere, ebenfalls nicht durch eine eigene Figur darge­ stellte Möglichkeit zur elektrischen und mechanischen Verbin­ dung der Leiterelemente 2 liegt in der Verwendung eines Metall­ klebers (d. h. eines elektrisch leitenden Klebstoffs). Die Ver­ klebung der Leiterelement-Enden kann z. B. stumpf erfolgen. Es ist aber auch möglich, zur Erhöhung der Klebkraft eine Vergrö­ ßerung der Oberfläche der Leiterenden vorzusehen, etwa indem diese gerippt ausgeführt werden.

Bei den genannten Verbindungsarten "Stecken" und ggf. "Schwei­ ßen", "Löten" und "Kleben" werden die Enden der Leiterelemente zum Herstellen der Verbindung gegeneinander gedrückt. Die hier­ zu erforderliche Kraft wird durch die Leiterelemente 2 übertra­ gen, entweder indem diese im Verbindungskopfbereich direkt kraftbeaufschlagt werden, oder indem die Axial-Teilstücke 1, 1' zusammengedrückt werden, so daß sich die Druckkraft auf die hierin eingesetzten und fixierten Leiterelemente 2 überträgt.

Vorteilhafterweise können auch zwei oder mehrere der genannten Verbindungsarten gemeinsam zum Einsatz kommen. Beispielsweise können bei den anhand der Fig. 7 und 8 beschriebenen Steck­ verbindungen die Leiterenden zusätzlich mit Metallkleber ver­ klebt, verlötet oder verschweißt werden.

Die an Hand von Fig. 7 beschriebene Steckverbindung ist die einzige der bisher genannten Verbindungsarten, welche (ohne zu­ sätzliche Verlötung, Verklebung oder Verschweißung) lösbar ist. Sofern diese Verbindungsart alleine zur Anwendung kommt, werden daher die beiden Axial-Teilstücke aneinander befestigt z. B. verschraubt. Bei den anderen genannten Verbindungsarten ist dies nicht erforderlich, aber vorteilhaft.

Fig. 9 zeigt eine Ansicht eines anderen Ausführungsbeispiels eines Ständers, welcher demjenigen von Fig. 1 ähnelt, jedoch aus drei Axial-Teilstücken zusammengesetzt ist. Die Aufteilung in drei Axial-Teilstücke erlaubt es, die beiden äußeren Teil­ stücke 1, 1' stärker symmetrisch auszubilden, als bei der zwei­ teiligen Ausführung gemäß Fig. 1, und hat darüber hinaus noch weitere, unten näher erläuterte Vorteile. Die obige Beschrei­ bung der Ausführungsbeispiele zweiteiliger Ständer, insbesonde­ re der verschiedenen Verbindungsarten, der Art und Weise des Zusammensetzens, der Montagehilfe etc. gelten auch für die im folgenden erläuterte dreiteilige Ausführung. Umgekehrt beziehen sich die folgenden Ausführungen, insbesondere zu weiteren Steckverbindungsarten auch auf die oben erläuterte zweiteilige Ausführung.

Bei dem dreiteiligen Ständer gemäß Fig. 9 werden die beiden äußeren Teilstücke 1, 1' vor dem Zusammenfügen mit dem mittle­ ren Axial-Teilstück 19 mit Leiterelementen 2 bestückt. Diese bilden an ihren Enden Steckstifte 21, welche über die jeweilige Teilungsebene zwischen dem jeweiligen äußeren Axial-Teilstück 1 bzw. 1' und dem mittleren Axial-Teilstück 19 aus den Ständer­ körper 1a, 1a' hinausragen. Anders als bei den konischen Steck­ verbindungen gemäß den Ausführungsbeispielen der Fig. 7 und 8 haben die Steckstifte 21 eine in Steckrichtung im wesentli­ chen zylindrische Form, abgesehen von etwaigen Einschnürungen, Kantenabschrägungen etc. Im Querschnitt sind die Steckstifte 21 beispielsweise kreisrund oder rechteckförmig. Das mittlere Axial-Teilstück 19 ist mit einer Anzahl von Aufnahmeelementen und Leitern entsprechend dem Zweifachen der Windungsanzahl aus­ gerüstet, welche die Leiterelemente 2 der beiden äußeren Axial- Teilstücke 1, 1' miteinander verbinden. Die Herstellung eines Ständers erfolgt also durch Zusammenfügen der drei Axial-Teil­ stücke 1, 1' und 19 und ggf. durch Zuführen von Energie, soweit dies, je nach Verbindungsart, erforderlich ist.

Bei dem in Fig. 9 gezeigten Ausführungsbeispiel ist das mitt­ lere Axial-Teilstück 19 mit Doppel-Steckbuchsen 20 ausgerüstet, welche an einer der beiden Teilungsebene die Steckstifte 21 des dort anzufügenden Axial-Teilstücks 1 und an der anderen die des anderen Axial-Teilstücks 1' aufnehmen und hierdurch die jeweils gegenüberliegenden Steckstifte 21 elektrisch miteinander ver­ binden.

Um die Steckbuchsen 20 räumlich aufzunehmen, sind die Nuten 9 im Bereich des mittleren Axial-Teilstücks 19 vorteilhaft brei­ ter und ev. auch tiefer (beispielsweise um jeweils ca. 1 mm) ausgeführt als im Bereich der äußeren Axial-Teilstücke 1, 1', wie in Fig. 10 dargestellt ist. Im Bereich der äußeren Axial- Teilstücke 1, 1' wird die gesamte Breite B1 der Nuten 9 durch die Leiterelemente 2 eingenommen. Hingegen sind die Nuten 9 im Bereich des mittleren Axial-Teilstücks 19 breiter (Breite B2), um die Steckbuchsen 20 aufzunehmen. Das mittlere Axial-Teil­ stück 19 hat z. B. eine axiale Länge von 5-30 mm (hier 10 mm), während die äußeren Axial-Teilstücke 1, 1' eine axiale Länge (einschließlich der Verbindungsköpfe 4) von 50-100 mm hat.

Vorteilhaft sind die Steckverbindungen als Preßverbindung (Kaltpreßverbindung) ausgeführt. Hierzu sind die Steckbuchsen 20 mit etwas kleinerem Innendurchmesser als dem Außendurchmes­ ser der Steckstifte 21 ausgestattet. Sie sind durch federnd an­ geordnete Buchsenelemente 23 gebildet. Die Federwirkung kann z. B. dadurch erzielt werden, daß die Steckbuchsen 20 spreizbar ausgeführt sind und in einem geeigneten Federmaterial eingebet­ tet sind, z. B. ein Elastomer, beispielsweise Silikon, welches z. B. eine Shore-A-Härte von über 45, vorzugsweise über ca. 50, besitzt. Die Einbettung kann durch Einspritzen des Elastomers in flüssiger Form in die mit den Steckbuchsen 20 ausgerüsteten Nuten 9 des mittleren Axial-Teilstück 19 und anschließendes Aushärten des Elastomers hergestellt werden. Die metallischen Buchsenelemente 23 sind an ihrer Außenseite mit einer Beschich­ tung versehen, welche die Haftung zwischen dem Metall der Buch­ senelemente 23 und dem Einbettungselastomer verbessert. Die Steckbuchsen 20 sind z. B. in Längsrichtung geschlitzte Metall­ rohre; sie werden durch den eingesteckten Steckstift 21 expan­ diert und dadurch wegen der federnden Einbettung elastisch auf den Steckstift 20 gepreßt. Gemäß Fig. 9 werden die zu einer Nut gehörenden Steckbuchsen 20 durch eine gemeinsame Elastomer­ fassung 22 und die darin eingebetteten Buchsenelemente 23 der einzelnen Steckbuchsen 20 gebildet. Eine derartige Fassung 22 mit Steckbuchsen 20 ist in jeder Nut 9 des Ständers vorgesehen.

Bei einem Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 11 sind die Steck­ buchsen 20 jeweils aus zwei Buchsenelementen 23 gebildet, wel­ che zur Aufnahme eines im Querschnitt kreisrunden Steckstifts 21 im Querschnitt halbringförmig sind. Bei einem anderen Aus­ führungsbeispiel gemäß Fig. 12 sind die aus drei Buchsenele­ menten 23 aufgebaut, welche im Querschnitt drittelringförmig sind. Ist die Steckbuchse 20 nur einfach geschlitzt, oder - bei mehreren Schlitzen - verlaufen die Schlitze nur über einen Teil ihrer Länge, wie in Fig. 12 dargestellt ist, so kann die ela­ stische Kraftbeaufschlagung ganz oder teilweise auch von der leitenden Steckbuchse 20 selbst erzeugt werden. Eine federnde Einbettung kann dann ggf. entfallen.

Die Fig. 13 und 14 zeigen weitere Ausführungsbeispiele von Steckverbindungen nach Art der Fig. 9 und 10, die jedoch mit Hinterschnitten ausgerüstet sind, wodurch die Steckstifte 21 im eingesteckten Zustand in den Steckbuchsen 20 arretiert sind. Dargestellt ist jeweils die Steckverbindung der zu unterst in der Nut 9 liegenden Leiterelemente 2. Die obigen Ausführungen hinsichtlich der federnden Einbettung, Verwendung von ganz oder teilweise geschlitzten Buchsen etc. gelten auch hier. Bei bei­ den Ausführungsbeispielen gemäß Fig. 13 und 14 weisen die Steckstifte 21 eine Arretierungsaussparung 18a auf, wobei diese beim Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 13 im mittleren Bereich des Steckstifts 21, beim Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 14 je­ doch am Übergang zwischen dem Ende des eigentlichen Leiterele­ ments 2 und dem Steckstift 21 angeordnet ist. Bei dem erstge­ nannten Ausführungsbeispiel ist eine, der Arretierungsausspa­ rung 18a komplementäre Auskragung 18 ein Teil der elektrisch leitenden Steckbuchse 20, bei dem zweitgenannten Ausführungs­ beispiel wird die Auskragung 18 hingegen durch einen Wulst der elastischen Einbettung 22 gebildet. In beiden Fällen schnappt beim Einstecken des Steckstifts 21 die Auskragung 18 in die Ar­ retierungsaussparung 18a ein, wodurch die beiden Leiterelemente 2 arretiert werden. Die Leiterelemente sind im Bereich der äu­ ßeren Axial-Teilstücke 1, 1' mit einer Isolierung 26 versehen, z. B. in Form eines Überzugs einer elektrisch nicht leitenden Oxidschicht.

Die Arretierungsaussparungen 18a können sich bei im Querschnitt kreisförmigen Steckstiften 21 um den gesamten Umfang oder auch nur einen Teil des Umfangs erstrecken. Entsprechendes gilt für im Querschnitt rechteckförmige Steckstifte 21. Fig. 15 zeigt ein Ausführungsbeispiel eines rechteckförmigen Steckstifts 21, bei welchem die Arretierungsaussparung 18a eine mittig angeord­ nete Senkbohrung ist.

Die oben beschriebene Steckverbindertechnik erlaubt den Zusam­ menbau eines Ständers mit Formteilwicklung ohne Schweißungen oder Lötungen der Wicklung. Geschweißt bzw. gelötet werden ggf. nur noch die Verbindungen der Spulen mit den Drehstromsträngen und dem Sternpunkt, z. B. über Stromringe.

Eine Segmentierung des Ständers in mehr als zwei Axial-Teil­ stücke, insbesondere in drei Axial-Teilstücke erlaubt nicht nur eine symmetrische Ausgestaltung der Steckverbindungen, wie oben anhand der Fig. 9 bis 15 erläutert wurde, sondern eröffnet weitere vorteilhafte Möglichkeiten.

Eine dieser Möglichkeiten liegt darin, auf konstruktiv sehr einfache Weise elektrische Maschinen mit unterschiedlicher axialer Länge herstellen zu können. Fig. 16 zeigt beispielhaft einen Satz 24 zur Herstellung verschieden langer Ständer. Der Satz 24 umfaßt zwei äußere Axial-Teilstücke 1, 1' sowie mehre­ re, unterschiedlich lange mittlere Axial-Teilstücke, und zwar in dem gezeigten Beispiel die drei Mittelstücke 19a, 19b und 19c. Mit diesem Satz lassen sich, unter Verwendung der jeweils gleichen äußeren Teilstücke 1, 1' drei verschieden lange Stän­ der herstellen, mit den Längen L1, L2 und L3.

Herkömmlicherweise ist die Konstruktion und Herstellung eines Ständers mit Formteilwicklung - vor allem wegen der Kosten für die Herstellung und das Einsetzen der verschiedenen Formteile - aufwendig und lohnt sich daher erst bei relativ großen Stück­ zahlen. Dies macht es eher unwirtschaftlich, Familien derarti­ ger elektrischer Maschinen für unterschiedliche Leistungs- und Drehmomentanforderungen zu konstruieren und herzustellen. Der vorliegende Satz 24 erlaubt es hingegen, Maschinen auf einfach­ ste Weise für unterschiedliche Drehmomente und Leistungen aus­ zulegen, indem jeweils die gleichen äußeren Axial-Teilstücke mit jeweils gleichen Leiterelementen verwendet werden können, und nur unterschiedlich lange Mittelstücke konstruiert und be­ reitgehalten zu werden brauchen.

Während herkömmlicherweise die zur Stromversorgung vorgesehen Stromringe und ein ebenfalls meist ringförmiger "Sternpunkt" seitlich im Verbindungskopfbereich angeordnet sind, sind diese bei einer vorteilhaften (nicht gezeigten) Ausführungsform in den Bereich des mittleren Axial-Teilstücks 19 verlegt. Dies er­ laubt eine noch weitgehendere symmetrische Ausführung der bei­ den äußeren Axial-Teilstücke, da hiermit auch die durch seit­ lich angeordnete Stromringe bedingte Asymmetrie beseitigt ist.

Bevorzugt handelt es sich bei dem Läufer der oben beschriebenen Ausführungsbeispiele um den Läufer eines kombinierten Starter- Generators eines Kraftfahrzeugs mit Verbrennungsmotor. Beson­ ders bevorzugt handelt es sich um einen sog. Kurbelwellenstar­ ter-Generator, also einen kombinierten Starter und Generator, dessen Läufer direkt auf der Kurbelwelle oder einer Kurbelwel­ lenverlängerung des Verbrennungsmotors sitzt und vorzugsweise permanent und ohne Zwischenübersetzung mit dieser mitdreht. Derartige Kurbelwellenstarter-Generatoren haben eine Leistung im Bereich von 4 kW bis 30 kW, bei einem Mittelklasse-Personen­ wagen z. B. 10 kW.

Fig. 17 veranschaulicht ein Kraftfahrzeug-Antriebssystem mit einem derartigen Kurbelwellenstarter-Generator. Und zwar weist das Antriebssystem einen Verbrennungsmotor 31 auf, der Drehmo­ ment über eine Antriebswelle 32 (z. B. die Kurbelwelle), eine Kupplung 33 und weitere (nicht gezeigte) Teile eines Antriebs­ strangs auf die Antriebsräder des Fahrzeugs abgibt. Auf der An­ triebswelle 32 sitzt eine als Starter und Generator arbeitende elektrische Maschine 34, hier eine Asynchron-Drehstrommaschine oder eine mit Permanentmagneten ausgerüstete Synchron-Dreh­ maschine. Sie weist eine direkt auf der Antriebswelle 32 sit­ zenden und drehfest mit ihr verbundenen Läufer 35 so wie einen z. B. am Gehäuse des Verbrennungsmotors 31 abgestützten Ständer 36 gemäß einem der obigen Ausführungsbeispiele auf. Die elek­ trische Maschine 34 und der Verbrennungsmotor 31 laufen perma­ nent zusammen; das Starten des Verbrennungsmotors 1 erfolgt di­ rekt ohne Übersetzung. Die (hier nicht dargestellte) Wicklung des Ständers 36 wird beispielsweise durch einen Wechselrichter mit elektrischen Strömen und Spannungen frei einstellbarer Amplitude, Phase und Frequenz gespeist.

Eine beispielhafte elektrische Maschine zur Verwendung als Kur­ belwellenstarter-Generator eines Kraftfahrzeugs hat 144 Spulen mit acht Windungen pro Spule. Es sind also ungefähr 1150 Ver­ bindungen zwischen den einzelnen Formteilen herzustellen, was herkömmlicherweise einzeln durch Laserverschweißung im Verbin­ dungskopfbereich geschieht. Die dargestellten Ausführungsbei­ spiele erlauben es hingegen, eine derartige Wicklung mit hoher mechanischer Stabilität bei relativ geringem Fertigungsaufwand herzustellen. Denn der Verbindungsvorgang kann für alle Verbin­ dungen zur gleichen Zeit vorgenommen werden, und die Verbindun­ gen liegen geschützt im Ständerinneren. Das Bestücken der noch nicht zusammengefügten Ständerteilstücke mit den Leiterelemen­ ten kann relativ einfach automatisiert erfolgen. Die Nutfüllung kann optimiert werden, und es sind keine Kompromisse am Nutkopf erforderlich. Die Bestückung der Ständerteilstücke und das Zu­ sammenfügen bereits bestückter Ständerteilstücke kann zeitlich parallel erfolgen, wobei jeder dieser Vorgänge beispielsweise 2,5 Minuten erfordert. Damit ist es möglich, mit einer Taktzeit von ca. 2,5 Minuten einen Ständer für einen Kurbelwellenstar­ ter-Generator der genannten Art zu produzieren.

Claims (23)

1. Verfahren zur Herstellung eines Ständers einer elektri­ schen Maschine aus einem in Axialrichtung mindestens ein­ fach geteilten Ständerkörper, mit folgenden Schritten:

• a) die Axial-Teilstücke oder - bei mehrfach geteiltem Ständerkörper - wenigstens zwei der Axial-Teilstücke des Ständerkörpers (1a, 1a') werden mit Leiterelemen­ ten (2) versehen, so daß diese entsprechende Axialab­ schnitte einer Wicklung bilden, wobei die Leiterle­ mente (2) Verbindungsstellen (3) zur Bildung der Wicklung aufweisen;
• b) die mit Leiterelementen versehenen Axial-Teilstücke (1, 1') werden zusammengefügt, wonach wenigstens ein Teil der Verbindungsstellen (3) verdeckt ist,

wobei in Schritt b) oder nachfolgend auf Schritt b) die Leiterelemente (2) an den verdeckten Verbindungsstellen (3) elektrisch verbunden werden.

2. Verfahren nach Anspruch 1, wobei der Ständer aus zwei Axial-Teilstücken (1, 1') zusammengesetzt wird.

3. Verfahren nach Anspruch 1, wobei der Ständer aus drei oder mehr Axial-Teilstücken (1, 1', 19) zusammengesetzt wird.

4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei die Lei­ terelemente (2) vorgefertigte Formteile sind.

5. Verfahren nach Anspruch 4, wobei wenigstens ein Teil der Formteile jeweils von einem Verbindungsleiter (4) und zwei Spulenseiten-Abschnitten (8) gebildet wird, also im we­ sentlichen U-förmig ist.

6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, wobei die Energie für die Herstellung der elektrischen Verbindung zwischen zwei Leiterelementen (2) wenigstens teilweise über die Leiterelemente (2) zu der Verbindungsstelle (3) hingeführt wird.

7. Verfahren nach Anspruch 6, wobei die der Verbindungsstelle (3) über die Leiterelemente (2) zugeführte Energie die Form von elektrischer, thermischer und/oder mechanischer Energie hat.

8. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7, wobei die Lei­ terelemente (2) durch wenigstens eine der folgenden Maß­ nahmen verbunden werden: Widerstandschweißen, Löten, An­ wendung von Ultraschall und Kleben mit leitfähigem Kleb­ stoff.

9. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 8, wobei die Lei­ terelemente (2) mit Hilfe von Berührverbindungen, insbe­ sondere Steckverbindungen, verbunden werden.

10. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 9, wobei die Axial-Teilstücke (1, 1') durch Sperrmittel zusammengehal­ ten werden und ggf. beim Zusammenfügen Positionierhilfen (5) verwendet werden.

11. Verfahren nach Anspruch 9 oder 10, wobei der Ständer aus drei Axial-Teilstücken (1, 1', 19) zusammengesetzt wird, und zwei äußeren Axial-Teilstücke (1, 1') an ihren die Verbindungsstellen (3) bildenden Enden als Stecker (21) oder Buchsen ausgebildet sind, und das Verfahren zweier derartiger Stecker bzw. Buchsen mit Hilfe komplementärer Doppelbuchsen (20) bzw. Doppelstecker im mittleren Axial- Teilstück (19) erfolgt.

12. Ständer für eine elektrische Maschine, aufgebaut aus einem Ständerkörper und einer von Leiterelementen (2) gebildeten Wicklung, wobei der Ständerkörper aus wenigstens zwei Axial-Teilstücken (1a, 1a') gebildet ist und die Leitere­ lemente (2) im Bereich der Axial-Teilungsebenen (6) elek­ trisch miteinander verbunden sind und wenigstens ein Teil dieser Verbindungsstellen durch den Ständerkörper und/oder durch darüber geschichtete Leiterelemente (2) verdeckt ist.

13. Ständer nach Anspruch 12, welcher aus zwei im wesentlichen gleichen Axial-Teilstücken (1, 1') zusammengesetzt ist.

14. Ständer nach Anspruch 12, welcher aus drei oder mehr Axial-Teilstücken (1, 1', 19) zusammengesetzt ist.

15. Ständer nach einem der Ansprüche 12 bis 14, bei welchem die Leiterelemente (2) verschweißt, verlötet, unter Anwen­ dung von Ultraschall verbunden, verklebt und/oder durch Berührverbindung verbunden sind.

16. Ständer nach Anspruch 15, bei welchem zusätzlich eine formschlüssige Verbindung der Leiterelemente vorliegt.

17. Ständer nach einem der Ansprüche 12 bis 16, bei welchem die Berührverbindung eine Steckverbindung ist.

18. Ständer nach Anspruch 17, bei welchem eine elastische Kraftbeaufschlagung der Berührverbindung von den Leitere­ lementen (2) selbst erzeugt wird.

19. Ständer nach Anspruch 18, bei welchem die elastische Kraftbeaufschlagung von gesonderten Federelementen erzeugt wird.

20. Ständer nach Anspruch 19, bei welchem Elastomermaterial für die Federwirkung der Federelemente sorgt.

21. Ständer nach Anspruch 20, bei welchem Verbindungselemente als Steckverbinderbuchsen mit einem Elastomerelement (22), ausgebildet sind, welches ein leitendes Buchsenteil ela­ stisch gegen ein oder mehrere eingesteckte Leiterelemente (21) drückt.

22. Ständer nach einem der Ansprüche 15 bis 21, mit drei Axial-Teilstücken (1, 1', 19), bei welchem die Verbindung der Leiterelemente (2) durch Verbindungselemente (20) ver­ mittelt wird, welche die Enden der Leiterelemente (2) kop­ peln und in einem Axial-Mittelstück (19) des Ständers an­ geordnet sind.

23. Satz zur Herstellung eines Ständers einer elektrischen Ma­ schine gemäß dem Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 12, mit wenigstens zwei äußeren Axial-Teilstücken (1, 1') und mehreren Axial-Mittelstücken (19) unterschiedlicher axialer Länge, womit - je nachdem welches Mittelstück (19) verwendet wird - Ständer unterschiedlicher axialer Länge herstellbar sind.