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Die Erfindung betrifft einen Elektromotor.
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Elektromotoren umfassen zumindest einen Stator und einen Rotor. Der Stator umfasst ein Stator-Blechpaket, in dessen Wicklungsnuten Statorwicklungen eingelegt sind. Üblicherweise wird als Wickeldraht ein Lackdraht verwendet, der aus einer Kupferader und einem, diese umgebenden Lack besteht. Das Drahtende wird nach dem Wickeln mit einer Litze elektrisch leitfähig verbunden. Auf das andere Ende der Litze wird eine Adernhülse oder Ringkabelschuh aufgequetscht und diese mit dem Klemmenbrett im Klemmenkasten, also Anschlusskasten, elektrisch leitfähig, lösbar verbunden. Dabei wird die Adernhülse oder Ringkabelschuh mit einer auf einem Bolzen sitzenden Mutter an eine Metallplatte gedrückt. Das Klemmenbrett ist lösbar verbunden mit dem Statorgehäuse.
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Aus der
DE 198 51 060 A1 ist ein Elektromotorischer Antrieb bekannt, bei dem ein Stanzgitter oder eine Platine 19 verwendet ist. Das Stanzgitter oder die Platine 19 sind mit zusätzlich notwendigen Schrauben oder dergleichen anschraubbar an das Gehäuse (Spalte 4, Zeile 56). Die Stator-Wicklungsdrähte werden mit dem Stanzgitter oder der Platine 19 verschweißt oder verlötet. Nachteiligerweise ist aber keine Zugentlastung vorhanden und das Stanzgitter oder die Platine 19 werden zur Schwingungsdämpfung verwendet. Ein erheblicher Nachteil ist auch, dass das Stanzgitter oder die Platine 19 zur Drehmomentübertragung verwendet ist (Spalte 4, Zeilen 43 bis 51). Dies hat den weiteren Nachteil zur Folge, dass das Stanzgitter oder die Platine nur bei kleinen Motoren verwendbar ist. Bei industrieüblichen Motoren, insbesondere im Bereich von mehreren Hundert Watt oder einigen kW würde das Stanzgitter oder die Platine bei Montage oder nach kurzer Betriebszeit zerstört sein. Weiter nachteilig ist, dass gemäß der
2 (rechts unten) ein Kontaktstift als Anschlussvorrichtung für einen weiblichen Steckverbinder mit dem Stanzblech zu verbinden ist.
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Aus der
DE 36 07 289 C2 ist ein Gleichstrommotor mit zylindrischem Luftspalt mit einer eisenlosen Wicklung bekannt.
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Aus der
DE 34 26 973 A1 ist ein Außenläufermotor mit steckbarem Anschlusskabel bekannt.
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Das Anschließen der Versorgungsleitungen muss über eine Steckverbindung außerhalb des Statorgehäuses, insbesondere in der Umgebung, erfolgen und muss daher besonders geschützt ausgeführt werden, was aufwendig und kostspielig ist.
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Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, einen industrieüblichen Motor derart weiterzubilden, dass er insgesamt kostengünstiger wird, insbesondere unter Einbeziehung aller Herstellkosten bei Massenfertigung.
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Erfindungsgemäß wird die Aufgabe bei dem Elektromotor nach den in Anspruch 1 angegebenen Merkmalen gelöst.
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Wesentliche Merkmale der Erfindung bei dem Elektromotor sind, dass er zumindest einen Stator und einen Rotor umfasst,
wobei der Stator zumindest ein Statorgehäuse und Statorwicklungen umfasst,
wobei ein Klemmenbrett vorgesehen ist, auf dem zumindest Kontakte umfassende Anschlussvorrichtungen, insbesondere für zumindest Versorgungskabel des Elektromotors, vorgesehen sind,
wobei die Enden der Statorwicklungsdrähte mit einem Gitter, wie Stanz-Gitter oder Stanz-Biege-Gitter, elektrisch leitend verbunden sind,
wobei das Klemmenbrett mit den Kontakten lösbar verbindbar ist mit Kontaktbereichen des Gitters, insbesondere Zungen.
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Von Vorteil ist dabei, dass beim Herstellen das zeitaufwendige, manuell auszuführende und kostspielige Verbinden der Wicklungsdrähte mit Litze und deren Verbindung mit dem Klemmenbrett entfällt. Vorteiligerweise ist ein Gitter vorhanden, welches derart ausformbar ist, dass die Enden der Wicklungsdrähte schnell und kostengünstig mit dem Gitter verbindbar sind, beispielsweise durch Schweißen. Das Verbinden des Gitters mit dem Klemmenbrett ist beispielsweise durch Aufstecken besonders schnell, kostengünstig und einfach möglich.
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Weiter vorteilig ist, dass das Klemmenbrett nicht nur die Funktion einer elektrischen Anschlussvorrichtung aufweist, sondern auch die Betriebsart des Elektromotors, beispielsweise Sternschaltung oder Dreieckschaltung mittels des Klemmenbretts festlegbar ist.
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Darüber hinaus ist von Vorteil, dass das Klemmenbrett Kontakte aufweist, die an ihrem einen Ende verbindbar sind mit den Zungen des Gitters und an ihrem anderen Ende eine Möglichkeit zur elektrischen Verbindung von Versorgungsleitungen aufweisen. Dies steht ganz im Gegensatz zum Stand der Technik, bei dem Klemmenbretter nur aus in Kunststoff vergossene Gewinde-Bolzen bestehen, an denen Kabelschuhösen oder Drahtenden mittels einer Mutter miteinander verklemmt werden zur Herstellung einer elektrischen Verbindung. Bei der Erfindung hingegen ist die Verbindung zu den Zungen des Gitters hin eine zumindest kraftschlüssige lösbare Verbindung, zu den Versorgungskabeln hin wiederum eine Klemmverbindung mit Mutter. Der Aufwand für das Herstellen der Anschlüsse der StatorWicklungen ist also nur noch ein Aufstecken des Klemmenbrettes auf die Zungen des Gitters und somit viel kleiner und kostengünstiger. Wesentliches Merkmal und wesentlicher Vorteil bei der Erfindung liegt also nicht nur im erwähnten Gitter, sondern auch vor allem in der Ausbildung des Klemmenbrettes mit seinen Kontakten.
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Wesentlicher weiterer Vorteil ist, dass das erste Ende der Kontakte innerhalb des Statorgehäuses vorsehbar ist und das zweite Ende der Kontakte außerhalb des Statorgehäuses vorsehbar ist, insbesondere im Klemmenkasten, also Anschlusskasten, oder in der Umgebung. Somit ist eine Durchleitung von innen nach außen erzielt, die durch bloßes Steckverbinden erreichbar ist. Innerhalb des Statorgehäuses ist also kein elektrisches Verbinden mit einem Litzenkabel oder einem anderen Kabel notwendig. Außerdem ist die Steckverbindung zwischen den Zungen des Gitters und den Kontakten innerhalb des Statorgehäuses und somit geschützt vor Chemikalien oder anderen Umweltstoffen. Eine Steckverbindung hingegen außerhalb des Statorgehäuses, insbesondere in der Umgebung, ist besonders geschützt auszuführen, also aufwendig und kostspielig.
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Die bei der Erfindung vorhandene genannte Steckverbindung ist daher nicht nur kostengünstig, sondern sogar mit den im Klemmenbrett integrierten Kontakten ausführbar. Auf diese Weise umfasst das Klemmenbrett mehrere Funktionen und bewirkt insgesamt eine Reduktion des Aufwandes und somit auch der Kosten beim Herstellen, Warten und Reparieren des Elektromotors.
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Wesentlicher weiterer Vorteil ist auch, dass der umspritzte Kunststoff beim Klemmenbrett und bei der Kappe derart elektrisch isolierend ausführbar ist, dass Isolier-Schutzhüllen um metallische Teile herum nicht notwendig sind.
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Bei einer vorteilhaften Ausgestaltung ist das Gitter in eine Kappe eingespritzt, die mit dem Statorblechpaket zur Fixierung lösbar verbindbar ist. Von Vorteil ist dabei, dass das Gitter mittels der Kappe fixierbar ist und stabil eingelagert ist. Somit ist auf das Gitter das Klemmenbrett aufsteckbar. Außerdem ist die Verdrahtung zwischen Klemmenbrett und den verschiedenen Wicklungsdrähten im Gitter enthalten.
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Bei einer vorteilhaften Ausgestaltung sind an der Kappe Führungskanäle und Halterungen für die Wicklungsdrähte ausgeformt. Von Vorteil ist dabei, dass die Wicklungsdrähte schnell und einfach festlegbar und fixierbar an dem gewünschten Ort sind.
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Bei einer vorteilhaften Ausgestaltung sind die Wicklungsdrähte mit Kontaktbereichen des Gitters verschweißt. Von Vorteil ist dabei, dass eine belastungsfähige Verbindung schnell und kostengünstig vorsehbar ist.
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Bei einer vorteilhaften Ausgestaltung sind die Wicklungsdrähte mit Kontaktbereichen des Gitters mittels Thermokompressionsschweißung oder Nebenschlussverschweißung verschweißt. Von Vorteil ist dabei, dass industrieübliche Werkzeuge verwendbar und kostengünstige Verbindungen ausführbar sind.
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Bei einer vorteilhaften Ausgestaltung ist das Gitter derart gestanzt und geformt, dass Schweißhaken für die Nebenschlussverschweißung, wie beispielsweise Hakenschweißverfahren oder dergleichen, mit den Wicklungsdrähten ausgebildet sind. Von Vorteil ist dabei, dass eine besonders belastungsfähige Verbindung entsteht.
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Bei einer vorteilhaften Ausgestaltung sind das Klemmenbrett mittels Aufstecken der Kontakte auf die Zungen des Gitters elektrisch verbindbar, insbesondere mittels an deren Enden angebrachten Federkontakten. Von Vorteil ist dabei, dass die Verbindung schnell, einfach und kostengünstig realisierbar ist.
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Bei einer vorteilhaften Ausgestaltung sind die Kontakte an ihrem ersten Ende zumindest kraftschlüssig und lösbar verbindbar mit Kontaktbereichen des Gitters, insbesondere Zungen, und an ihrem zweiten Ende als Anschlussvorrichtungen zum Verbinden mit Versorgungsleitungen ausgebildet. Von Vorteil ist dabei, dass kein spezielles Verbindungskabel notwendig ist zum Verbinden der Kontaktbereiche des Gitters mit den Versorgungsleitungen, sondern dass die Kontakte zum Herstellen einer Steckverbindung zu den Zungen des Gitters hin geeignet ausführbar sind. Somit sind nur noch die Versorgungsleitungen anzuklemmen. Dabei ist wesentlicher Vorteil, dass mittels der in dem Klemmenbrett verlaufenden Kontakte die Durchleitung der elektrischen Ströme vom inneren Bereich des Statorgehäuses zum Klemmenkasten hindurch, also zum äußeren Bereich hin erfolgt und zwar in einer geschützten Weise. Beim Stand der Technik musste ein Kabel, beispielsweise Litzenkabel, gelegt werden vom inneren Bereich zum äußeren Bereich. Dies musste also durch Öffnungen im Statorgehäuse hindurchgeschleift werden, was aufwendig, kostspielig war und Gefährdungen für dieses Kabel umfasst hatte.
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Bei einer vorteilhaften Ausgestaltung sind die Kontakte aus einem zweiten Gitter, wie Stanz-Gitter oder Stanz-Biege-Gitter, herstellbar. Von Vorteil ist dabei, dass die Kosten und der Aufwand beim Herstellen stark verringerbar sind.
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Bei einer vorteilhaften Ausgestaltung sind das Klemmenbrett zumindest die Kontakte umfasst, welche kunststoffumspritzt, und am zweiten Ende der Kontakte eine jeweilige Klemmverbindung. Von Vorteil ist dabei, dass der umspritzte Kunststoff nicht nur elektrische Isolierfunktion, sondern auch mechanische Halte- und Schutzfunktion für die Kontakte aufweist. Durch die Verwendung von Klemmschrauben zum Anklemmen der Versorgungskabel sind Gewindebolzen entbehrlich.
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Bei einer vorteilhaften Ausgestaltung ist das zweite Gitter derart ausgeführt, dass die Betriebsart des Elektromotors, wie Stern-Schaltung oder Dreieckschaltung, festgelegt ist. Insbesondere ist der umspritzte Kunststoff an seiner Oberfläche derart ausgeprägt, dass Mittel zur Kennzeichnung der Betriebsart umfasst sind, wie ein Symbol, Piktogramm oder dergleichen. Von Vorteil ist dabei, dass an jedem Klemmenbrett die Betriebsart des Motors klar erkennbar ist und in dem Klemmenbrett integriert ist.
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Weitere Vorteile ergeben sich aus den Unteransprüchen.
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Die Erfindung wird nun anhand von Abbildungen näher erläutert:
- In der 1 ist das Statorgehäuse 1 des erfindungsgemäßen Motors gezeigt. Dabei ist ein einem Klemmenkasten ähnlicher Anschlussraum 2 beim Statorgehäuse 1 einstückig ausgeführt. Im Anschlussraum 2 ist ein Klemmenbrett, also eine Klemmenplatte 4, mit dem Statorgehäuse 1 lösbar verbunden. Dazu weist die Klemmenplatte 4 eine Durchgangsbohrung 8 für die Befestigungsschraube 13 auf, die in einer Gewindebohrung des Statorgehäuses einschraubbar ist.
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Au das Statorwicklungspaket ist eine Kappe 3 als Wicklungsanschlusskappe aufgesetzt, die ein Stanz-Biege-Gitter 40 umfasst. In 2 ist das Statorgehäuse weggenommen dargestellt. Dabei ist das Blechpaket 15 für Statorwicklungen gezeigt, in dessen Nuten Statorwicklungen vorsehbar sind. Außerdem weist das Blechpaket Aussparungen 16 auf, die zum Einsetzen von Rastnasen 10 der Kappe 3 geeignet sind. Somit ist die Kappe am Blechpaket 15 lösbar verbunden und findet dort ihren Halt. Außerdem ist die Orientierung der Kappe 3 durch die Anordnung der Rastnasen und der Aussparungen 16 vorgegeben, weil diese hierfür am Umfang unsymmetrisch, also in verschiedenen Winkelabständen zu ihrem jeweils nächsten Nachbarn, angeordnet sind. Beim Aufsetzen der Kappe 3 werden die in den Figuren nicht gezeigten Wicklungen überdeckt und geschützt.
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Vorteiligerweise wird als Wicklungsdraht ein Backlackdraht verwendet. Bei diesem ist die innere Kupferader von einem Lack zur Isolation umgeben und dieser Lack ist von einem Kunststoff umgeben, der zum Verbacken des Wicklungspaketes geeignet ist. Zum Verbacken wird der Stator nach Fertigstellung derart bestromt, dass die Temperatur den Kunststoff verflüssigt. Nach Beendigung des beispielsweise ungefähr eine Minute dauernden Bestromungsvorgangs verfestigt sich der Kunststoff wieder und die Wicklung ist verbacken, also verfestigt. Somit treten keine Verschiebungen oder Brüche beim Betreiben des Motors auf und durch Vibrationen ausgelöste Reibungsvorgänge zwischen den Drähten werden vermieden.
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Die Enden der Wicklungsdrähte werden durch Führungskanäle 17 aus dem Wicklungsbereich zu einem Stanz-Biege-Gitter 40 geführt. Dort wird der jeweilige Wicklungsdraht zwischen zwei Halterungen 12 derart eingefädelt, dass der Draht in einer Vertiefung eines Schweißhakens 9 liegt. Mit einem Werkzeug werden dann die beiden Haken des Schweißhakens 9 zusammengepresst und erhitzt, so dass Lack und/oder Kunststoffe des Drahtes an der Schweißstelle entfernt sind und eine elektrisch leitfähige Schweißverbindung zwischen Draht und Stanz-Biege-Gitter 40 entsteht.
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Durch die Aussparung 18 ist nach Aufschieben der Kappe 3 auf die Statorwicklungen ein Sensor, beispielsweise ein Temperaturfühler oder dergleichen, einführbar und in Kontakt bringbar mit den Statorwicklungen.
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In 2a ist ein Ausschnitt aus dem Bereich der Klemmenplatte 4 in 2 gezeigt, wobei das Grundmaterial der Klemmenplatte selbst ausgeblendet ist. Auf diese Weise sind die in der Klemmenplatte 4 liegenden Kontakte, also lange Kontakte 11 und kurze Kontakte 6, sichtbar. Diese Kontakte umfassen ein Stanz-Biegeteil und sind mit den sich an ihren Füßen befindenden Federkontakten auf Zungen 30 des Stanz-Biege-Gitters 40 aufsteckbar. An ihrem anderen Ende umfassen diese Kontakte fest verbundene Gewindebolzen 14, auf die Muttern 5 aufschraubbar sind, mit denen Klemmenbrücken 7 befestigbar sind.
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In 3 ist die Kappe 3 gezeigt. Die Kappe 3 umfasst das Stanz-Biege-Gitter 40, welches umspritzt ist mit Kunststoff. Kontaktbereiche des Stanz-Biege-Gitters 40 sind sichtbar.
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Die Halterungen 12 sind einstückig mit der Kappe 3 ausgeformt, insbesondere mittels Spritzguss. Die Schweißhaken 9 sind ebenso wie die Zungen 30 Ausformungen des Stanz-Biege-Gitters.
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In 3a ist ein vergrößerter Ausschnitt gezeigt, bei dem die Halterungen 12 und der Schweißhaken 9 sowie deren Ausformung deutlich zu sehen ist.
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In 4 ist die Kappe von hinten gezeigt, wobei die das Stanz-Biege-Gitter 40 umgebenden Verstärkungsrippen 41 deutlich zu sehen sind. Einerseits verstärken sie die Kappe und andererseits dienen sie zum Einhalten des Spannungsabstandes, also Abstandes zu den Wicklungen.
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In 5 ist die Klemmenplatte 4 gezeigt, wobei auf die Gewindebolzen 14 der langen Kontakte 11 und kurzen Kontakte 6 Muttern 5 aufgeschraubt sind, die die Klemmenbrücken 7 anpressen. Diese Klemmenbrücken sind in 5, wie auch in 9, derart orientiert, dass der Motor in Dreieckschaltung betreibbar ist. 10 zeigt die Orientierung der Klemmenbrücken 7 in Sternschaltung.
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6 zeigt die Klemmenplatte 4 in einer Schrägansicht von unten, wobei die Federkontakte 80 der Kontakte (6,11) sichtbar sind.
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7 zeigt eine Schrägansicht, wobei ein Ausschnitt in 7a vergrößert gezeigt ist. Dort ist klar zu sehen, dass die Mutter 5 die Klemmenbrücke 7 auf die Anschlussscheibe drückt.
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In 11 a ist eine Draufsicht auf das Stanz-Biege-Gitter 40 gezeigt, in 11 b eine zugehörige isometrische Ansicht und in 11c ein vergrößerter Ausschnitt um einen Schweißhaken 9 für das beschriebene Nebenschlussschweißverfahren herum.
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Bei der Ausführung des Elektromotors als zweipoliger oder mehrpoliger Motor sind die Statorwicklungen für verschiedene Phasen gegeneinander mit einem Isoliermaterial elektrisch isoliert. Somit ist der Motor sogar von einem Umrichter versorgbar. Denn dabei treten hohe Spannungsspitzen zwischen den Wicklungen der verschiedenen Phasen auf, die ansonsten zu Wicklungsschluss, also einer Art Kurzschluss, führen könnten.
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Außerdem werden die Statorwicklungen mit einer Bandage versehen und für die Herstellung zusammengehalten. Die eigentliche Fixierung der Wicklungen erfolgt allerdings mittels des beschriebenen Verbackens.
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Bei weiteren erfindungsgemäßen Ausführungsbeispielen ist kein Nebenschlussschweißverfahren, sondern alternativ ein anderes Schweißverfahren, wie beispielsweise Thermokompressionsverfahren, verwendet. Dazu wird, wie in 12, also der Draufsicht nach 12 a und der zugehörigen isometrischen Ansicht nach 12 b, gezeigt, ein Stanz-Gitter 120 verwendet, das auch Zungen 30 aufweist. Die Kontaktflächen 121 für die Kontaktierung des Wicklungsdrahtes der Statorwicklungen sind jedoch ohne Schweißhaken sondern als plane Flächen geformt. Somit ist das andere Schweißverfahren, wie beispielsweise Thermokompressionsschweißen, ausführbar. Dazu zeigt 13a eine entsprechende Kappe 130, die nun das Stanz-Gitter 120 umspritzt umfasst. In 13b ist ein vergrößerter Ausschnitt gezeigt, der die in einer Aussparung der Kappe 130 tiefer liegende Kontaktfläche 121 zeigt. Außerdem sind wiederum Halterungen 12 zu sehen, mit denen der Wicklungsdraht über der Kontaktfläche fixierbar ist. Beim beispielhaften Thermokompressionsschweißen wird dann der Wicklungsdraht mit einem Werkzeug auf die Kontaktfläche 121 gedrückt und verschweißt, wobei der Lack und der zum Verbacken vorgesehene Kunststoff zerstört wird.
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Sowohl das Stanz-Biege-Gitter 40 nach 11 a und 11b als auch das Stanz-Gitter 120 nach 12 a und 12 b wird nach dem Umspritzen zur Bildung der Kappe um die Achse herum konzentrisch und an den Verknüpfungsstellen des Gitters derart ausgestanzt, dass nur die gewünschten Verbindungen zwischen Kontaktbereichen und Zungen vorhanden sind und nicht alle miteinander verbunden sind.
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Bei weiteren erfindungsgemäßen Ausführungsbeispielen ist die Halterung 12 als Drahthalter, sind die Kontaktbereiche darstellende Zungen 30 als Kontaktzungen und der Kunststoff des Backlackdrahtes als Polyamid ausgeführt.
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Wie in den 14a, 14b, 15a, 15b gezeigt, sind bei weiteren erfindungsgemäßen Ausführungsbeispielen die vom Klemmenbrett (140,144) umfassten Kontakte als zweites Gitter herstellbar. Dazu wird wiederum ein Stanz-Biege-Gitter verwendet, das in der in der 15a gezeigten Form verwendet wird und dann mit einem elektrisch gut isolierenden Kunststoff umspritzt wird. Dieses zweite Gitter 150 umfasst die Kontakte 152, die an ihrem zweiten Ende ähnlich ausgebildet sind wie die Kontakte 6, 11, also Federkontakte 80 aufweisen. Das mittels der Umspritzung hergestellte Klemmenbrett wird dann einem StanzProzess unterzogen, der die elektrische Verbindung in der gewünschten Art bestehen lässt. Das Stanzen wird durch den Kunststoff hindurch ausgeführt. Ergebnis ist dann das Klemmenbrett 144, wie in 14b gezeigt, das nur noch das Gitter 151, wie in 15b gezeigt, umfasst.
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Alternativ ist das zweite Gitter und der Stanzprozess derart ausführbar, dass das Klemmenbrett 140 in Dreieckschaltung nach 14a erzeugbar ist.
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Das Klemmenbrett weist Klemmenschrauben 141 auf, die zum Verbinden mit Versorgungskabeln dienen. Es sind beispielsweise Ösen von Kabelschuhen anklemmbar und auf diese Weise elektrisch verbindbar.
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Das Klemmenbrett weist auch Mittel (142,143) zur Kennzeichnung der Dreieckschaltung oder Sternschaltung auf, also Mittel zur Kennzeichnung der mittels des jeweiligen Klemmenbrettes ermöglichten Betriebsart des Elektromotors.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Statorgehäuse
- 2
- Anschlussraum
- 3
- Kappe
- 4
- Klemmenplatte
- 5
- Mutter
- 6
- Kontakt, kurz
- 7
- Klemmenbrücke
- 8
- Durchgangsbohrung
- 9
- Schweißhaken
- 10
- Rastnase
- 11
- Kontakt, lang
- 12
- Halterung
- 13
- Befestigungsschraube
- 14
- Gewindebolzen
- 15
- Blechpaket für Statorwicklungen
- 16
- Aussparung
- 17
- Führungskanal
- 18
- Aussparung
- 30
- Zungen
- 40
- Stanz-Biege-Gitter
- 41
- Verstärkungsrippen
- 70
- Anschlussscheibe
- 80
- Federkontakt
- 120
- Stanz-Gitter
- 121
- Kontaktfläche
- 130
- Kappe
- 131
- Verstärkungsrippen
- 140
- Klemmenbrett
- 141
- Klemmenschrauben
- 142
- Mittel zur Kennzeichnung der Dreieckschaltung
- 143
- Mittel zur Kennzeichnung der Sternschaltung
- 144
- Klemmenbrett
- 150
- zweites Gitter vor dem Stanzen
- 151
- zweites Gitter nach dem Stanzen
- 152
- Kontakte
