-
Stand der Technik
-
Die vorliegende Erfindung betrifft einen Spannstift zur Fixierung eines Stators in einem Gehäuse sowie eine elektrische Maschine, umfassend ein Gehäuse, einen Stator und zumindest einen Spannstift.
-
Aus der Offenlegungsschrift
DE 10 2006 036 836 A1 ist ein Elektromotor; umfassend einen Rotor und einen Stator bekannt. Dabei sind der Rotor und der Stator in einem Gehäuse untergebracht, das zumindest ein Gehäuseteil aufweist. Der Stator ist dabei beabstandet zu einer zylinderförmigen Innenwand des Gehäuseteils, wobei eine Verbindung zwischen dem Stator und dem Gehäuseteil über mehrere Federelemente oder herkömmliche vorbekannte Spannstifte erfolgt.
-
Offenbarung der Erfindung
-
Der erfindungsgemäße Spannstift mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 ermöglicht insbesondere zur Fixierung eines Stators in einem Gehäuse einen deutlich verbesserten Montageprozess. Dabei erfolgt eine Selbstzentrierung des Spannstiftes durch seine Verjüngung. Folglich wird der Montageprozess robuster, da eine erforderliche Positioniergenauigkeit der zu verbindenden Bauteile geringer und eine Spanbildung beim Montieren je nach Ausführung vermindert bzw. unterbunden wird. Durch diese einfache und robuste Montage sind größere Toleranzen bei den Bauteilen möglich und gleichzeitig reduzieren sich die Fehlerkosten, so dass im Gesamten ein großer Kostenvorteil entsteht. All dies wird erreicht durch einen Spannstift zur Fixierung eines Stators in einem Gehäuse, wobei der Spannstift an einer Seite mit einem über seine gesamte Länge durchgehenden Schlitz ausgeführt ist. Ferner weist der Spannstift einen nicht-verjüngten, insbesondere hohlzylindrischen, Abschnitt und zumindest an einem Ende dieses Abschnitts eine, insbesondere hohlkegelförmige, Verjüngung auf. Des Weiteren weist der Spannstift am nicht-verjüngten Abschnitt und an der Verjüngung einen unrunden Querschnitt auf. Der unrunde Querschnitt kann annähernd als ellipsenförmig beschrieben werden, wobei hier unstetige und geradverlaufende Anteile des Querschnitts der insgesamt ellipsenförmigen Erscheinung nicht widersprechen.
-
Die Unteransprüche zeigen bevorzugte Weiterbildungen der Erfindung.
-
In vorteilhafter Ausbildung ist vorgesehen, dass der unrunde nicht-verjüngte Abschnitt einen eine Breite des Spannstiftes beschreibenden ersten Außendurchmesser und einen zum ersten Außendurchmesser orthogonalen eine Höhe des Spannstiftes beschreibenden zweiten Außendurchmesser aufweist, wobei der zweite Außendurchmesser um 5 bis 25%, insbesondere um 10 bis 20%, insbesondere um 100/6% größer ist als der erste Außendurchmesser. Diese beiden unterschiedlichen Außendurchmesser beschreiben im Wesentlichen den unrunden bzw. annähernd ellipsenförmigen Querschnitt des nicht-verjüngten Abschnitts. Vorteilhafterweise ist dabei der erste Außendurchmesser der kleinste auftretende Außendurchmesser und der zweite Außendurchmesser der größte auftretende Außendurchmesser. Beschreibt man den unrunden Querschnitt als ellipsenförmig, so entspricht der erste Außendurchmesser dem doppelten der kleinen Halbachse der Ellipse und der zweite Außendurchmesser dem doppelten der großen Halbachse der Ellipse. Der erste Außendurchmesser beschreibt somit eine Breite des Spannstiftes und der zweite Außendurchmesser eine Höhe des Spannstiftes.
-
In weiterer vorteilhafter Ausgestaltung des unrunden nicht-verjüngten Abschnitts ist vorgesehen, dass sich der erste Außendurchmesser von der geschlitzten Seite zu einer der geschlitzten Seite gegenüberliegenden Seite des Spannstiftes erstreckt. Der zweite Außendurchmesser ist dementsprechend orthogonal zum ersten Außendurchmesser ausgerichtet. Der erste Außendurchmesser erstreckt sich somit von einer am Schlitz liegenden, gedachten Außenkante des Spannstiftes durch eine erste Mittenachse des nicht-verjüngten Abschnitts bis zur gegenüberliegenden Außenseite. Durch den somit entstehenden unrunden Querschnitt des Spannstiftes ist die Spaltweite relativ flexibel, so dass durch leichte Deformation des Spannstiftes bei der Montage Toleranzen ausgeglichen werden können.
-
In weiterer vorteilhafter Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Spannstiftes ist vorgesehen, dass der zweite Außendurchmesser entlang der Verjüngung bis zum Ende des Spannstiftes stetig bis zu einem dritten Außendurchmesser abnimmt, wobei der dritte Außendurchmesser um 18,5% bis 38,5%, insbesondere 23,5% bis 33,5%, insbesondere um 200/7% kleiner ist als der zweite Außendurchmesser. Der dritte Außendurchmesser beschreibt somit eine Höhe der Verjüngung am Ende des Spannstiftes. Durch diese relativ starke Verjüngung des erfindungsgemäßen Spannstiftes ist eine Selbstzentrierung desselben bei der Montage gut möglich. Die erforderliche Positioniergenauigkeit des Stators und des Gehäuses ist relativ gering, da diese zu montierenden Bauteile Dank der Verjüngung des Spannstiftes letztendlich exakt positioniert werden.
-
Ferner bevorzugt ist es, dass der erste Außendurchmesser entlang der Verjüngung bis zum Ende des Spannstiftes stetig zu einem vierten Außendurchmesser abnimmt, wobei der vierte Außendurchmesser um 30% bis 50%, insbesondere 35% bis 45%, insbesondere um 40% kleiner ist als der erste Außendurchmesser. Der vierte Außendurchmesser beschreibt somit eine Breite der Verjüngung am Ende des Spannstiftes. Der erste Außendurchmesser nimmt entlang der Verjüngung somit stärker ab als der zweite Außendurchmesser, wodurch der unrunde bzw. elliptische Querschnitt des gesamten Spannstiftes an der Verjüngung verstärkt ausgeprägt ist. Dadurch wird der Montageprozess noch robuster, da insbesondere die Positioniergenauigkeit der zu verbindenden Bauteile geringer wird.
-
In weiterer vorteilhafter Ausgestaltung der Abnahme des ersten Außendurchmessers entlang der Verjüngung ist vorgesehen, dass sich der erste Außendurchmesser aus einem ersten Radius und einem Abstand zusammensetzt, wobei sich der erste Radius von der ersten Mittenachse des nicht-verjüngten Abschnitts zu der am Schlitz gegenüberliegenden Seite erstreckt und sich der Abstand von der ersten Mittenachse zu einer am Schlitz liegenden, gedachten Außenkante des Spannstiftes erstreckt. Der erste Radius, zusammen mit dem Abstand, liegt somit auf einer Geraden, ihre Summe entspricht dem ersten Außendurchmesser. Bevorzugt nimmt der erste Außendurchmesser während des verjüngenden Übergangs in den vierten Außendurchmesser am Abstand stärker ab als am ersten Radius, so dass eine zweite Mittenachse der Verjüngung nicht koaxial zur ersten Mittenachse des nicht-verjüngten Abschnitts ist. Die Mittenachse der Verjüngung liegt somit etwas näher auf der geschlitzten Seite als die Mittenachse des nicht-verjüngten Abschnitts. Dadurch kann insbesondere das Bauteil, welches auf der gegenüberliegenden Seite des Schlitzes liegt, mit größeren Toleranzen positioniert werden.
-
In weiterer vorteilhafter Ausgestaltung des Spannstiftes ist vorgesehen, dass der Querschnitt des nicht-verjüngten Abschnitts und der Verjüngung einen Halbkreis mit dem ersten Radius umfasst, wobei der erste Radius gleich dem halben zweiten Außendurchmesser ist. Dieser Halbkreis liegt im Wesentlichen auf der dem Schlitz gegenüberliegenden Seite. Bevorzugt schließt sich, in Betrachtung des Querschnitts des Spannstiftes, an den Halbkreis beidseitig je ein Bogen mit einem Bogenradius kleiner dem ersten Radius an, wobei eine Krümmungsrichtung der beiden Bögen und des Halbkreises gleich ist.
-
Weiterhin bevorzugt schließt sich, in Betrachtung des Querschnitts des Spannstiftes, an die beiden Bögen je eine Flanke an, wobei die Außenseiten der Flanken ungekrümmte Anlageflächen umfassen und wobei sich zwischen den Enden der Flanken der Schlitz erstreckt.
-
In weiterer vorteilhafter Ausgestaltung des Spannstiftes weist der Schlitz entlang des gesamten nicht-verjüngten Abschnitts eine konstante erste Schlitzweite auf, wobei die erste Schlitzweite entlang der Verjüngung bis zum Ende des Spannstifts stetig bis zu einer zweiten Schlitzweite zunimmt. Dadurch wird der Schlitz insbesondere im Bereich der Verjüngung flexibler und seine Außendurchmesser können im Bereich der Verjüngung während der Montage leicht deformiert werden, um so die einfache und robuste Montage zu ermöglichen.
-
Ferner bevorzugt ist es, dass eine Länge der Verjüngung 5% bis 15%, insbesondere 8% bis 12%, insbesondere 10% einer Gesamtlänge des Spannstiftes beträgt. Diese relativ langgezogene Verjüngung ermöglicht die exakte Positionierung der zu montierenden Bauteile. Durch die relativ lange Verjüngung können die Bauteile schonend und in einer stetigen Bewegung in die exakte Position bei der Montage gebracht werden.
-
Des Weiteren ist vorteilhafterweise vorgesehen, dass an beiden Seiten des nicht-verjüngten Abschnitts eine Verjüngung ausgeführt ist. Die bereits beschriebenen vorteilhaften Ausgestaltungen der Verjüngung finden dabei bevorzugt auf die Verjüngung beider Seiten Anwendung. Der Spannstift kann somit beidseitig zur Montage verwendet werden.
-
Des Weiteren umfasst die Erfindung eine elektrische Maschine, insbesondere einen Asynchronmotor für eine elektrische Servolenkung eines Kraftfahrzeugs, umfassend ein Gehäuse, einen Stator und zumindest einen Spannstift nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der Spannstift in einer ersten Ausnehmung und einer der ersten Ausnehmung gegenüberliegenden zweiten Ausnehmung zwischen Gehäuse und Stator eingebettet ist. Die geschlitzte Seite des Spannstiftes ist dabei bevorzugt der ersten Ausnehmung zugewandt. Ebenso ist es aber möglich, nur gehäuseseitig oder nur statorseitig eine Ausnehmung vorzusehen, die zweite Ausnehmung entfällt dann. Insbesondere bei der Herstellung elektrischer Maschinen in großer Stückzahl, wie sie im Kraftfahrzeugsektor vonnöten ist, findet der erfindungsgemäße Spannstift vorteilhafte Anwendung. Dabei wirken sich eine einfache und robuste Montage in hohem Maße auf die Fertigungskosten aus.
-
In vorteilhafter Ausgestaltung der elektrischen Maschine ist vorgesehen, dass die erste Ausnehmung einen trichterförmigen Querschnitt mit zwei einander zulaufenden Gegenflanken aufweist, so dass die geschlitzte Seite des Spannstiftes auf beiden Gegenflanken anliegt. Dank dieser planen Gegenflanken kann die erste Ausnehmung exakt relativ zum Spannstift positioniert werden.
-
Des Weiteren ist es bevorzugt, dass die zweite Ausnehmung einen bogenförmigen Querschnitt mit größerem Radius als der erste Radius des Spannstiftes aufweist. Durch den relativ großen Radius der zweiten Ausnehmung kann diese fehlertolerant zum Spannstift positioniert sein, wobei bei der Montage des Spannstiftes sich die zweite Ausnehmung mittig zum Spannstift exakt positioniert.
-
In weiterer vorteilhafter Ausgestaltung der elektrischen Maschine ist die erste Ausnehmung am Stator und die zweite Ausnehmung am Gehäuse ausgebildet.
-
Ferner ist es bevorzugt, dass mehrere der Spannstifte zwischen Gehäuse und Stator eingebettet sind. Die Spannstifte sind dabei vorteilhafterweise gleichmäßig über den Umfang der elektrischen Maschine verteilt.
-
Kurze Beschreibung der Zeichnung
-
Nachfolgend wird ein Ausführungsbeispiel der Erfindung unter Bezugnahme auf die begleitende Zeichnung im Detail beschrieben. In der Zeichnung zeigt:
-
1 eine perspektivische Ansicht eines Spannstiftes gemäß Ausführungsbeispiel,
-
2 drei Ansichten des Spannstiftes gemäß dem Ausführungsbeispiel,
-
3 eine Seitenansicht des Spannstiftes gemäß dem Ausführungsbeispiel,
-
4 eine Stanzkontur des Spannstiftes gemäß Ausführungsbeispiel, und
-
5 einen Ausschnitt einer elektrischen Maschine mit verbautem Spannstift gemäß Ausführungsbeispiel.
-
Ausführungsform der Erfindung
-
Im Folgenden wird anhand der 1 bis 3 ein fertiger Spannstift 1 gemäß Ausführungsbeispiel genauer beschrieben.
-
1 zeigt den Spannstift 1 in schematischer Ansicht. Dabei ist zu sehen, wie der Spannstift 1 sich aus einem nicht-verjüngten Abschnitt 3 mit daran anschließender Verjüngung 4 zusammensetzt. Über die gesamte Länge des Spannstiftes 1 erstreckt sich ein Schlitz 2.
-
In 2 ist der Spannstift 1 in drei verschiedenen Ansichten dargestellt. Dabei ist gezeigt, wie sich der nicht-verjüngte Abschnitt 3 des Spannstiftes 1 in seinem Querschnitt zusammensetzt aus einem ersten Kreissegment 33, einem zweiten Kreissegment 34, einem ersten Bogen 35, einem zweiten Bogen 36, einer ersten Flanke 37 und einer zweiten Flanke 38. Das erste Kreissegment 33 und das zweite Kreissegment 34 beschreiben jeweils einen Viertelkreis und ergeben zusammen einen Halbkreis. An das erste Kreissegment 33 schließt sich der erste Bogen 35 an. An das zweite Kreissegment 34 schließt sich der zweite Bogen 36 an. An den ersten Bogen 35 schließt sich die erste Flanke 37 an. An den zweiten Bogen 36 schließt sich die zweite Flanke 38 an. Die erste Flanke und die zweite Flanke 37, 38 können an ihrer Außenfläche gekrümmt, aber auch gerade sein. Zwischen der ersten Flanke 37 und der zweiten Flanke 38 erstreckt sich der Schlitz 2. Verbindet man die äußersten Kanten der ersten Flanke 37 mit der zweiten Flanke 38, so entsteht eine gedachte Außenkante 42 des Spannstiftes 1.
-
Des Weiteren zeigt die 2 eine in Längsrichtung des Spannstiftes 1 verlaufende erste Mittenachse 29 des nicht-verjüngten Abschnitts 3 des Spannstiftes 1. Durch diese erste Mittenachse 29 verläuft der erste Außendurchmesser 5 sowie der zum ersten Außendurchmesser 5 orthogonale zweite Außendurchmesser 6. Der erste Außendurchmesser 5 erstreckt sich von der gedachten Außenkante 42 durch die Mittenachse 29 zu einem Schnittpunkt des ersten Kreissegments 33 mit dem zweiten Kreissegment 34. Der zweite Außendurchmesser 6 verläuft orthogonal zum ersten Außendurchmesser 5 sowie durch die erste Mittenachse 29. Der zweite Außendurchmesser 6 setzt sich somit zusammen aus zwei Mal einem zweiten Radius 31. Der erste Außendurchmesser 5 setzt sich zusammen aus einem Abstand 32 und einem ersten Radius 30. Der Abstand 32 erstreckt sich von der gedachten Außenkante 42 bis zur ersten Mittenachse 29. Daran anschließend erstreckt sich der erste Radius 30 von der Mittenachse 29 zum Schnittpunkt des ersten Kreissegments 33 mit dem zweiten Kreissegment 34. Die Summe aus dem Abstand 32 und dem ersten Radius 30 ergibt den ersten Außendurchmesser 5.
-
Im dargestellten Beispiel gemäß 2 entspricht der erste Radius 30 dem zweiten Radius 31. Alternativ ist es auch bevorzugt, den Querschnitt noch elliptischer auszubilden und dabei den zweiten Radius 31 größer auszugestalten als den ersten Radius 30.
-
Des Weiteren zeigt 2 einen dritten Außendurchmesser 7 der Verjüngung 4 sowie einen vierten Außendurchmesser 8 der Verjüngung 4. Der dritte Außendurchmesser 7 sowie der vierte Außendurchmesser 8 sind jeweils am Ende des Spannstiftes 1 definiert. Der erste Außendurchmesser 5 geht entlang der Verjüngung 4 in den vierten Außendurchmesser 8 über. Der zweiten Außendurchmesser 6 geht entlang der Verjüngung 4 in den dritten Außendurchmesser 7 über.
-
Der dritte Außendurchmesser 7 verläuft durch eine in Längsrichtung des Spannstifts 1 verlaufende zweite Mittenachse 39 der Verjüngung 4 und setzt sich zusammen aus zwei Mal einem dritten Radius 40. Der vierte Außendurchmesser 8 verläuft ebenfalls durch die zweite Mittenachse 39.
-
Beim Übergang des ersten Außendurchmessers 5 in den vierten Außendurchmesser 8 nimmt die Verjüngung 4 auf der Seite des ersten und zweiten Kreissegments 33, 34 mit der ersten Abnahme 11 ab. Auf der geschlitzten Seite nimmt der erste Außendurchmesser 5 mit einer zweiten Abnahme 12 ab. Die zweite Abnahme 12 ist dabei größer als die erste Abnahme 11. Durch diese ungleichmäßige Abnahme des ersten Außendurchmessers 5 beim Übergang in den vierten Außendurchmesser 8 ist ein Querschnitt der Verjüngung 4 nicht koaxial zu einem Querschnitt des nicht-verjüngten Abschnitts 3. Dadurch entsteht eine zur ersten Mittenachse 29 parallel versetzte zweite Mittenachse 39 der Verjüngung 4.
-
Des Weiteren zeigt die 2 eine Gesamtlänge 9 des gesamten Spannstiftes 1 sowie eine Verjüngungslänge 10. Die Verjüngungslänge 10 ist dabei eine Teillänge der Gesamtlänge 9. Entlang des nicht-verjüngten Abschnitts 3 weist der Schlitz 2 eine konstante erste Schlitzweite 13 auf. Diese erste Schlitzweite 13 vergrößert sich mit der Verjüngung 4 entlang der Verjüngungslänge 10 bis zu einer zweiten Schlitzweite 14.
-
Der zweite Außendurchmesser 6 ist in etwas 100/6% größer als der erste Außendurchmesser 5. Der dritte Außendurchmesser 7 ist in etwa um 200/7% kleiner als der zweite Außendurchmesser 6. Der vierte Außendurchmesser 8 ist in etwa um 40% kleiner als der erste Außendurchmesser 5. Die Verjüngungslänge 10 beträgt in etwa 10% der Gesamtlänge 9.
-
3 zeigt den Spannstift 1 im Gesamten von der Seite. Die Seite des Schlitzes 2 ist als geschlitzte Seite 16 bezeichnet. Die der geschlitzten Seite 16 gegenüberliegenden Seite mit dem ersten Kreissegment 33 und dem zweiten Kreissegment 34 ist als gegenüberliegende Seite 15 bezeichnet. Die 3 zeigt des Weiteren nochmals die Achsverschiebung beim Übergang vom nicht-verjüngten Anteil 3 in die Verjüngung 4. Die erste Mittenachse 29 des nicht-verjüngten Anteils 3 verschiebt sich dabei parallel in Richtung der gegenüberliegenden Seite 15 zur zweiten Mittenachse 39 der Verjüngung 4.
-
4 zeigt eine Stanzkontur 17, wie sie bei der Herstellung des Spannstiftes 1 zur Anwendung kommt. Die Stanzkontur 17 entspricht dabei der Mantelfläche des noch nicht aufgerollten Spannstiftes 1. Zur Herstellung der Verjüngung 4 sowie der unterschiedlichen Schlitzweiten 13, 14 ist an der Stanzkontur 17 die Anfasung 18 vorgesehen. Diese Anfasung 18 erstreckt sich über die gesamte zukünftige Verjüngungslänge 10. Durch Aufrollen dieser Stanzkontur 17 entsteht der Spannstift 1 gemäß Ausführungsbeispiel, wie er in den 1 bis 3 gezeigt ist.
-
5 zeigt einen Ausschnitt einer elektrischen Maschine 19, umfassend einen Stator 20, ein Gehäuse 21 sowie den Spannstift 1. Über den Umfang des Stators 20 bzw. des Gehäuses 21 verteilten sich mehrere Spannstifte 1. Zur genaueren Darstellung ist jedoch lediglich ein Spannstift 1 dargestellt.
-
Der Stator 20 umfasst eine erste Ausnehmung 22. Diese erste Ausnehmung 22 weist einen trichterförmigen Querschnitt auf. Dieser Querschnitt setzt sich zusammen aus einer ersten Gegenflanke 24, einer zweiten Gegenflanke 25 und einem Boden 41. Der Boden 41 des trichterförmigen Querschnitts der ersten Ausnehmung 22 verläuft dabei in Umfangsrichtung des Stators 20. Die erste Gegenflanke 24 und die zweite Gegenflanke 25 laufen aufeinander zu und gehen in den Boden 41 über.
-
Das Gehäuse 21 weist eine zweite Ausnehmung 23 auf. Diese zweite Ausnehmung 23 hat einen bogenförmigen oder geraden Querschnitt, wobei, falls bogenförmig ausgeführt, ein Radius dieser Bogenform größer ist als der erste Radius 30 des Spannstiftes 1. Diese zweite Ausnehmung kann bevorzugt je nach Ausführung auch entfallen, wobei dann der Querschnitt gerade ist.
-
Der Spannstift 1 liegt mit seiner geschlitzten Seite 16 in der ersten Ausnehmung 22 des Stators 20 und mit seiner gegenüberliegenden Seite 15 in der zweiten Ausnehmung 23 des Gehäuses 21. An der ersten Flanke 37 des Spannstiftes 1 ist an der Außenseite eine erste plane Anlagenfläche 27 ausgestaltet. An der zweiten Flanke 38 des Spannstiftes 1 ist an der Außenfläche eine zweite plane Anlagefläche 28 ausgestaltet. Diese beiden planen Anlagenflächen 27, 28 liegen an den Gegenflanken 24, 25 an. Dabei ergibt sich durch die trichterförmige Ausgestaltung der ersten Ausnehmung 22 und dem Schlitz 2 ein Freiraum 26 zwischen den beiden Flanken 37, 38 und dem Boden 41 der ersten Ausnehmung 22.
-
Das soeben gezeigte Ausführungsbeispiel des Spannstiftes 1 sowie der elektrischen Maschine 19 ermöglicht eine äußerst einfache Montage von Stator 20 und Gehäuse 21 und die Selbstzentrierung des Spannstiftes 1 mit unrundem Querschnitt und langgezogener Verjüngung 4. Ferner kann insbesondere durch die Ausgestaltung der Ausnehmungen 22, 23 eine relativ große Positionierungenauigkeit des Stators 20 zum Gehäuse 21 toleriert werden, da der unrunde verjüngte Spannstift 1 die Teile zueinander positioniert. Somit ist eine robuste Montage unter Verminderung bzw. Vermeidung von Spanbildung beim Fügen möglich.
-
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
-
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
-
Zitierte Patentliteratur
-
- DE 102006036836 A1 [0002]
