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Die Erfindung bezieht sich auf einen Trägerzahn zur Aufnahme einer bestrombaren Spule in einem Elektromotor nach dem Oberbegriff des Anspruches 1.
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Stand der Technik
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Die
DE 10 2007 034 195 A1 offenbart einen Stator in einem Innenläufer-Elektromotor, mit einem radial außen liegenden Statorring und einer Mehrzahl von über den Umfang verteilt angeordneten und sich radial nach innen erstreckenden Zahnhälsen zur Aufnahme bestrombarer Spulen. Der Statorring setzt sich aus einzelnen Trägersegmenten zusammen, welche Rückschlusselemente bilden und die jeweils Träger eines Zahnhalses sind.
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Die um die Zahnhälse gewickelten Statorspulen bestehen üblicherweise aus einem gewickelten Kupferdraht, der mit einer Lackisolationsschicht versehen ist. In der Regel weist jede Spule mehrere Windungen um den Zahnhals auf. Die Leistungsdichte des Elektromotors wird hierbei vom Kupferfüllfaktor, welcher von der Mehrlagigkeit der Spulenwicklungen abhängt, und der Höhe des Wickelkopfes bestimmt. Bei verbesserter Leistungsdichte bzw. Wirkungsgradsteigerung kann die Baulänge des Stators bzw. des Elektromotors reduziert werden.
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Offenbarung der Erfindung
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, mit einfachen Maßnahmen den Wirkungsgrad eines Elektromotors zu verbessern.
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Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß mit den Merkmalen des Anspruches 1 gelöst. Die Unteransprüche geben zweckmäßige Weiterbildungen an.
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Der erfindungsgemäße Trägerzahn, welcher zur Aufnahme einer bestrombaren Spule dient, wird vorzugsweise in einem Stator eines Elektromotors eingesetzt, wobei über die Bestromung der Spule ein elektromagnetisches Wechselfeld erzeugt wird. Grundsätzlich kommt aber auch ein Einsatz des Trägerzahns im Rotor eines Elektromotors in Betracht, der mit bestrombaren Spulen ausgestattet ist. Der Elektromotor wird beispielsweise als Stell- oder Antriebsmotor in Kraftfahrzeugen eingesetzt. In Betracht kommt aber auch eine Anwendung als Antriebsmotor in Werkzeugmaschinen.
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Der Trägerzahn umfasst ein Trägersegment, wobei mehrere Trägersegmente zu einem Trägerring zusammengesetzt werden können, sowie einen sich am Trägersegment radial erstreckenden Zahnhals zur Aufnahme des Spulendrahts. Zweckmäßigerweise sind das Trägersegment und der Zahnhals als einteiliges Bauteil ausgeführt. Grundsätzlich kommt aber auch eine separate Ausführung von Trägersegment und Zahnhals in Betracht, wobei in diesem Fall Trägersegment und Zahnhals miteinander verbunden sind. Sofern die Trägerzähne Teil des Stators sind, werden die Trägerzähne mit den Trägersegmenten zu einem durchgehenden Ring zusammengesetzt, von dem aus sich die Zahnhälse bevorzugt radial nach innen erstrecken. Bei einer Anwendung auf Rotoren in Innenläufer-Elektromotoren erstrecken sich dagegen die Zahnhälse vom Trägerring ausgehend radial nach außen.
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Der Zahnhals des erfindungsgemäßen Trägerzahns weist im Bereich seiner Schmalseiten einen zumindest annähernd abgerundeten Querschnitt auf. Dies hat den Vorteil, dass die Wicklungsdichte und damit der Kupferfüllfaktor erhöht werden können bei einer Reduzierung von Hohlräumen zwischen der Mantelfläche des Zahnhalses und den Wicklungslagen des Spulendrahtes bzw. aufeinander liegenden Wicklungslagen. Durch die zumindest annähernd abgerundete Querschnittsform im Bereich der Schmalseiten werden rechtwinklige Bauteilkanten vermieden und es wird ein gleichmäßiger Übergang zwischen den Längsseiten und den Schmalseiten des Zahnhalses erreicht. Neben der Erhöhung des Kupferfüllfaktors ist auch die Entwärmung verbessert.
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Gemäß einer zweckmäßigen Ausführung ist der Zahnhals im Bereich seiner Schmalseiten treppen- bzw. stufenförmig ausgebildet. Auch durch die treppen- bzw. stufenförmige Ausführung, bezogen auf den Querschnitt im Bereich der Schmalseiten des Zahnhalses, wird eine zumindest annähernd abgerundete Querschnittsform erreicht. Die Treppen- bzw. Stufenform wird insbesondere dadurch erreicht, dass der Trägerzahn als ein Lamellenpaket ausgebildet ist und aus einer Mehrzahl aufeinander gestapelter Lamellen besteht, wobei die der Stirnseite des Lamellenpakets benachbarten Lamellen zumindest im Bereich des Zahnhalses eine geringere Breite aufweisen als Lamellen, die sich mittleren Bereich des Lamellenstapels bzw. -pakets befinden. Soweit das Trägersegment und der Zahnhals einteilig ausgebildet sind, werden diese Bauteile von jeweils einer Lamelle gebildet, wobei die axiale Erstreckung des Trägerzahns von der Anzahl aufeinander gestapelter Lamellen bestimmt wird. Durch die geringere Breite der stirnseitigen Lamellen kann eine stufenförmige Verjüngung des Zahnhalses im Bereich seiner Schmalseite erreicht werden. Dies erfolgt beispielsweise durch zumindest zwei Lamellen geringerer Breite, die sich unmittelbar an den Stirnseiten bzw. an zweiter Position benachbart zur Stirnseite befinden. Grundsätzlich können aber auch mehr als zwei Lamellen mit reduzierter Breite im Bereich des Zahnhalses benachbart zur Stirnseite angeordnet werden, beispielsweise drei, vier oder fünf Lamellen, wodurch eine feinere Abstufung mit geringerer Stufenhöhe erreicht wird.
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Die Längsseiten des Zahnhalses sind vorteilhafterweise geradlinig ausgebildet, was sich im Falle eines Lamellenpakets mit einer Vielzahl einzelner Lamellen einfach realisieren lässt. Grundsätzlich kommt aber auch eine nicht-geradlinige Ausführung der Längsseiten in Betracht, insbesondere eine bauchige bzw. konvexe Ausführung, so dass insgesamt der Querschnitt eine näherungsweise ovale Form einnimmt. Im Falle einzelner, aufeinander gestapelter Lamellen wird dies über eine abgestufte unterschiedliche Breite über die gesamte Höhe des Lamellenstapels erreicht.
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Gemäß einer weiteren zweckmäßigen Ausführung ist der Zahnhals mit einer Beschichtung versehen, die vorzugsweise hitzebeständig ist und zugleich eine geringe magnetische Permeabilität aufweist. Die Dicke der Beschichtung ist vorteilhafterweise so bemessen, dass die Oberfläche des Zahnhalses im Bereich seiner Schmalseiten glatt ausgebildet ist. Über die Beschichtung wird die Stufenform im Bereich der Schmalseiten geglättet, so dass die Gefahr reduziert ist, dass die Stufenkanten zu einer Verletzung der Lackschicht führen, mit der der Spulendraht beschichtet ist.
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Weitere Vorteile und zweckmäßige Ausführungen sind den weiteren Ansprüchen, der Figurenbeschreibung und den Zeichnungen zu entnehmen. Es zeigen:
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1 eine Ansicht eines Trägerzahns, bestehend aus einem Trägersegment und einem sich in Radialrichtung erstreckenden Zahnhals, um den ein Spulendraht wickelbar ist,
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2 eine Ansicht gemäß Schnittlinie II-II durch den Zahnhals gemäß 1. In den Figuren sind gleiche Bauteile mit gleichen Bezugszeichen versehen.
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In 1 ist ein Trägerzahn 1 dargestellt, der aus einem Trägersegment 2 und einem sich hierzu orthogonal erstreckenden Zahnhals 3 mit einem Zahnkopf 4 zusammensetzt. Eine Mehrzahl derartiger Trägerzähne 1 können ringförmig zu einem Stator zusammengesetzt werden, wobei die Trägersegmente 2 einen durchgehenden, geschlossenen Außenring bilden und die Zahnhälse 3 sich radial nach innen erstrecken. Die Trägersegmente 2 weisen an ihren gegenüberliegenden Umfangsseiten Rastelemente in Form von Vertiefungen bzw. Erhebungen auf, die im zusammengesetzten Zustand ineinandergreifen.
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Der Zahnhals 3 dient zur Aufnahme einer bestrombaren Spule. Der Zahnhals 3 erstreckt sich zwischen dem Trägersegment 2 und dem Zahnkopf 4, wobei Trägersegment 2, Zahnhals 3 und Zahnkopf 4 einteilig ausgebildet sind. Der Zahnhals 3 weist eine signifikant geringere Breite auf als die Erstreckung des Trägersegments 2 in Umfangsrichtung. Auch der Zahnkopf 4 weist eine größere Breite auf als der Zahnhals 3, so dass die am Zahnhals 3 befindliche Wicklung an radial gegenüberliegenden Enden am Trägersegment 2 bzw. am Zahnkopf 4 abgestützt ist.
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Wie der Schnittdarstellung gemäß 2 in Verbindung mit 1 zu entnehmen, ist der Trägerzahn 1 als Lamellenpaket mit einer Vielzahl einzelner, aufeinander gestapelter Lamellen 5 ausgebildet. Die Lamellen 5 weisen benachbart zu den gegenüberliegenden Schmalseiten 3b des Zahnhalses 3 eine geringere Breite auf als im mittleren Bereich des Zahnhalses 3. Dadurch entsteht im Bereich der Schmalseite 3b ein stufenförmiger Querschnitt. Im Ausführungsbeispiel sind benachbart zu den Stirn- bzw. Schmalseiten jeweils zwei Lamellen 5 mit geringerer Breite angeordnet, wobei gegebenenfalls auch eine größere Anzahl an Lamellen mit reduzierter Breite vorgesehen sein kann, um eine schmalere Abstufung zu erreichen.
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Die Längsseiten 3a des Zahnhalses 3 sind geradlinig ausgebildet, was durch eine konstante Breite der Lamellen 5 im Bereich der Längsseiten erreicht wird.
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Die gesamte Oberfläche des Zahnhalses 3 ist ringsum mit einer Beschichtung 6 versehen, welche aus einem hitzebeständigen Material mit geringer magnetischer Permeabilität besteht. Die Dicke der Beschichtung 6 ist so bemessen, dass die Stufen im Bereich der Schmalseite 3b, welche durch die reduzierte Breite der stirnseitigen Lamellen 5 entstehen, vollständig kompensiert werden, so dass die Oberfläche des Zahnhalses sowohl im Bereich der Längsseiten 3a als auch der Schmalseiten 3b glatt ausgebildet ist. Auf diese Weise wird vermieden, dass die Stufenkanten zu einer Verletzung des Spulendrahtes bzw. der Lackschicht führen, mit der der Spulendraht versehen ist.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 102007034195 A1 [0002]
