DE102011083058A1

DE102011083058A1 - Trägerzahn, elektrische Maschine und Verfahren zur Herstellung einer solchen

Info

Publication number: DE102011083058A1
Application number: DE102011083058A
Authority: DE
Inventors: Otto Klementis; andreas Ewert
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 2011-09-20
Filing date: 2011-09-20
Publication date: 2013-03-21
Also published as: CN103023188A; CN103023188B

Abstract

Die Erfindung betrifft einen Trägerzahn (5) einer elektrischen Maschine, insbesondere eines Elektromotors zum Verstellen oder Antreiben eines beweglichen Teils in einem Kraftfahrzeug, mit einem Grundkörper aus einem Weicheisen, der mit Wicklungsdraht (9) bewickelt und mit einer Isolationskappe (7; 70; 70'; 70'') zur elektrischen Isolation des Wicklungsdrahtes gegenüber dem Grundkörper versehen ist, wobei die Isolationskappe eine über ihren Umfangsbereich im Wesentlichen glatte Oberfläche hat und mindestens abschnittsweise eine in Abstimmung auf den Durchmesser des Wickeldrahts vorgeformte oder durch den Wickeldraht formbare Kunststofffolie (73, 73'; 73.1'; 73.2'; 76) auf sie aufgelegt ist. Des Weiteren betrifft sie eine elektrische Maschine sowie ein Verfahren zur Herstellung einer solchen.

Description

Die Erfindung betrifft einen Trägerzahn (Rotor- oder Statorzahn) einer elektrischen Maschine mit einem Grundkörper aus einem Weicheisenblech-Stapel, der mit Wicklungsdraht bewickelt und mit einer Isolationskappe zur elektrischen Isolation des Wicklungsdrahtes gegenüber dem Grundkörper versehen ist. Sie betrifft des Weiteren eine elektrische Maschine sowie ein Verfahren zur Herstellung einer solchen.
Stand der Technik
Elektromotoren der oben genannten Art sind bekannt und marktgängig. Als einschlägige Patentliteratur wird – lediglich beispielhaft – hingewiesen auf die US 2006/0022549 oder die JP 2004/140964 .
Die 1 bis 3 sind Darstellungen eines von der Anmelderin entwickelten Elektromotors dieses Typs, wobei 1 einen aus am Umfang aneinandergereihten Ringsegmenten 1 gebildeten Stator 3 eines solchen Elektromotors und die 2 und den Aufbau eines Ringsegments 1 genauer zeigen. Hierbei zeigt 2 eine perspektivische Darstellung eines Trägerzahns 5 aus Elektroblech mit aufgesetzter Isolationskappe 7, und 3 zeigt in teilweise geschnittener perspektivischer Darstellung, wie auf die Isolationskappe 7 ein Wicklungsdraht 9 gewickelt wird. Der Trägerzahn 5 besteht aus Elektroblech und die Isolationskappe 7 aus einem einstückig spritzgegossenen Einkomponentenkunststoff. Die Isolationskappe dient primär zur elektrischen Isolierung des Wicklungsdrahtes 9 gegenüber dem Blechpaket des Trägerzahns 5, aber auch zum Halten und Orientieren des Wicklungsdrahtes beim Wickeln und zur Entwärmung des Wicklungskopfes.
Der Trägerzahn 5 kann auch aus anderen weichmagnetischen Stoffen bestehen und beispielsweise unter Verwendung von pulvermetallurgischen Herstellverfahren gebildet sein.
Werden Elektromotoren der in Rede stehenden Bauart baukastenartig mit variierenden Längen der jeweiligen Trägerzähne von Rotor und/oder Stator aufgebaut, so muss für jede spezifische Motorauslegung ein Wicklungsdraht mit speziell angepasstem Durchmesser benutzt werden, und dies wiederum erfordert – wie aus 3 deutlich wird –, jeweils spezielle Isolationskappen mit angepasster Geometrie der an der Außenoberfläche vorgesehenen Nuten zur Aufnahme des Wicklungsdrahtes bereitzustellen. Hierbei ist besonders zu beachten, dass die Lage des Wicklungsdrahtes vor allem in der ersten Lage der Wicklung genau positionierbar sein muss, um den weiteren Wicklungslagen eine exakte Auflage zu verschaffen. Dies stellt hohe Anforderungen an die Formgenauigkeit der bekannten Isolationskappen mit in einer harten Oberfläche eingeformten Nuten bzw. Rillen.
In der unveröffentlichten deutschen Patentanmeldung Nr. 10 2010 064 196.0 der Anmelderin wird offenbart, die Isolationskappe mit einem durch den Wickeldraht formbaren, weichen Drahtauflagekissen zu versehen, um ein und dieselbe Geometrie einer Isolationskappe mit Wicklungsdrähten unterschiedlichen Durchmessers einsetzen zu können.
Offenbarung der Erfindung
Mit der Erfindung wird ein Trägerzahn einer elektrischen Maschine mit den Merkmalen des Anspruchs 1, eine elektrische Maschine mit den Merkmalen des Anspruchs 9 sowie ein Verfahren zur Herstellung einer solchen mit den Merkmalen des Anspruchs 10 bereitgestellt. Fortbildungen der Erfindung sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche.
Es wird vorgeschlagen, dass die Isolationskappe des Trägerzahns eine über ihren zu bewickelnden Umfangsbereich im Wesentlichen glatte (also nicht auf einen speziellen Wickeldraht angepasste) Oberfläche hat und auf dieser Oberfläche mindestens abschnittsweise zusätzliche Mittel zur Anpassung an spezielle Wickeldrahtdurchmesser vorgesehen sind. Die Erfindung schließt weiter den Gedanken ein, als solches Anpassungsmittel eine in Abstimmung auf den Durchmesser des Wickeldrahts vorgeformte und/oder (jedenfalls in gewissem Grad) durch den Wickeldraht formbare Kunststofffolie zu benutzen.
Eine einzige Ausführung der Isolationskappe ist vorteilhaft mit Wicklungsdrähten unterschiedlichen Durchmessers und damit für verschiedene Motoren einer Baureihe einsetzbar, was die Herstellungs- und Logistikkosten einer solchen Baureihe fühlbar senkt. Zudem verringert der vorgeschlagene Aufbau die beim Stand der Technik unvermeidlichen Luftspalte zwischen der Oberfläche der Isolationskappe und derjenigen des Wicklungsdrahtes, speziell in Bereichen, wo Wicklungsdrähte sich überkreuzen, und verbessert damit das Wärmeleitvermögen der Isolationskappe und fördert die Entwärmung des Wickelkopfes, was wiederum zu einer erhöhten Leistungsfähigkeit des entsprechenden Motorbauteiles (Rotor oder Stator) führt.
In einer Ausführung der Erfindung ist mindestens der größere Teil der Zahn-Längsseiten mit der Kunststofffolie belegt, oder es ist in einem über den gesamten Umfang mit der Kunststofffolie belegten Trägerzahn mindestens der größere Teil der Zahn-Längsseiten vorgeformt. In einer anderen Ausführung sind mindestens eine Zahn-Stirnseite und ihr Übergangsbereich zu den Zahn-Längsseiten mit der Kunststofffolie belegt, oder es ist in einem über seinen gesamten Umfang mit der Kunststofffolie belegten Trägerzahn die Kunststofffolie mindestens auf einer Zahn-Stirnseite und ihrem Übergangsbereich zu den Zahn-Längsseiten vorgeformt. Diese Ausführung geht von der Überlegung aus, dass für einen sicheren Halt des Wickeldrahts nicht die gesamte Länge der untersten Wicklung formschlüssig auf der darunterliegenden Oberfläche fixiert sein muss.
In einer weiteren Ausführung ist vorgesehen, dass sich die Kunststofffolie auf den Fußbereich des jeweiligen Trägerzahns erstreckt. Dies kann die Fixierung der untersten Wicklungslage und damit die Festigkeit der Bewicklung und schließlich auch die thermischen Eigenschaften des Trägerzahns weiter verbessern.
Im Sinne des letztgenannten Effekts ist eine weitere Ausführung vorteilhaft, bei der die Kunststofffolie wärmeleitend ist.
Technologische Vorteile kann eine weitere Ausführung erbringen, bei der die Kunststofffolie selbstklebend ist.
Die Erfindung ist sinnvoll einsetzbar in Verbindung mit Isolationskappen, die als angeformte Umhüllung, insbesondere Umspritzung oder angeformter Sinterkörper, des Grundkörpers ausgebildet sind. Gleichermaßen ist sie in Verbindung mit Isolationskappen einsetzbar, welche die Isolationskappe als separat gefertigter Kunststoffkörper, insbesondere aus einem Thermoplasten, ausgebildet sind.
Die verfahrensseitige Ausgestaltung der Erfindung ergibt sich weitgehend aus den oben erwähnten vorrichtungsseitigen Ausführungen und soll insoweit hier nicht weiter beschrieben werden.
Hinzuweisen ist darauf, dass das Vorformen der Kunststofffolie in Anpassung an die konkrete Geometrie der vorgesehenen Bewicklung durch Rollen, Prägen oder Stanzen oder ein anderes bei Kunststofffolien etabliertes Formverfahren, und zwar insbesondere in einem dem Aufbringen der Kunststofffolie auf die Isolationskappe unmittelbar vorhergehenden Schritt, erfolgen kann.
Des Weiteren wird darauf hingewiesen, dass in einer Ausgestaltung des Verfahrens der Schritt des Aufbringens von Kunststofffolie auf die Isolationskappe ein Zuschneiden von auf die Isolationskappe passfähigen Abschnitten von einer Kunststofffolien-Rolle umfasst. In einer anderen Ausgestaltung umfasst der Schritt des Aufbringens von Kunststofffolie auf die Isolationskappe das Ablösen von passfähig zugeschnittenen Abschnitten der Kunststofffolie von einem Zuführungs-Trägerband.
In einer weiteren Ausführung des Verfahrens weist der Schritt des Bereitstellens der Mehrzahl von Isolationskappen jeweils das Formen, insbesondere Spritzgießen, der Isolationskappe, insbesondere aus einem Thermoplasten, auf. Auch hierzu gibt es eine alternative Verfahrensführung, bei der der Schritt des Bereitstellens der Mehrzahl von Isolationskappen jeweils das Anformen von Kunststoffmaterial an den Grundkörper, insbesondere durch Umspritzen, Pulverbeschichten oder Ausbildung eines den Grundkörper umhüllenden Sinterkörpers, aufweist.
Zeichnungen
Vorteile und Zweckmäßigkeiten der Erfindung ergeben sich im Übrigen aus der nachfolgenden Erläuterung von Ausführungsbeispielen anhand der Figuren. Von diesen zeigen:
1 eine perspektivische Gesamtansicht des Stators eines Elektromotors,
2 eine perspektivische Darstellung eines Trägerzahnes des Motors nach 1, mit aufgesetzter Isolationskappe,
3 eine teilweise geschnittene perspektivische Darstellung eines Trägerzahnes mit Isolationskappe und einem Wicklungsdraht-Abschnitt,
4A bis 4C perspektivische Ansichten von Ausführungsformen der Erfindung,
5 eine Prinzipskizze (Detailansicht) zur Erläuterung einer Ausführung der Erfindung und
6 eine skizzenartige Darstellung zur Erläuterung der Herstellung eines erfindungsgemäßen Trägerzahns.
Ausführungsformen der Erfindung
4A zeigt eine Isolationskappe 70 zur Bildung eines Ringsegments eines gemäß 1 oder ähnlich aufgebauten Stators oder Rotors eines Elektromotors, die aus einem harten Kappen-Grundkörper 71 und einer um diesen herum gelegten weichen Kunststofffolie 73 gebildet ist. In ihrer Grundform ist eine derartige Isolationskappe an sich bekannt, so dass von einer genaueren Beschreibung hier Abstand genommen wird. Zu erkennen sind in die Kunststofffolie 73 an den Seitenflanken eingeformte Drahtauflagerillen 73a, in denen im bewickelten (nicht dargestellten) Zustand jeweils eine Lage Wickeldraht sicher positioniert und im Wesentlichen frei von Luftspalten ruht. Die Drahtauflagerillen 73a können grundsätzlich überhaupt erst beim Bewickeln in die Oberfläche der Kunststofffolie 73 eingeformt werden, oder es kann eine vorgeprägte Rillenstruktur geben, die ggfs. beim Bewickeln entsprechend dem exakten Durchmesser und der Lage des Wickeldrahtes weiter ausdetailliert wird.
4B zeigt als modifizierte Ausführung eine Isolationskappe 70', auf deren harten Kappen-Grundkörper 71 mit (wie bei der Kappe nach 4A) ursprünglich glatten Umfangsflächen jeweils nur an den Längsseiten ein Stück Kunststofffolie 73' aufgeklebt ist, welches jeweils eine vorgeprägte Rillenstruktur 73a' aufweist. Die Kunststofffolien erstrecken sich jeweils ein Stück 73b' auf den Trägerzahnfuß.
4B zeigt als weitere modifizierte Ausführung der Erfindung eine Isolationskappe 70'', auf deren harten und auf seiner Umfangsfläche glatten Grundkörper 71 wiederum nur abschnittsweise eine vorgeformte Kunststofffolie aufgebracht ist. Hier ist ein erster Folienabschnitt 73.1' auf der oberen Trägerzahn-Stirnseite, sich bis in die Längsseiten und auf den Trägerzahnfuß erstreckend, vorgesehen. Weitere Folienstücke sind beidseits an den unteren Enden der Längsseiten aufgebracht; in der Figur ist hiervon das Folienstück 73.2' auf der dem Betrachter zugewandten Längsseite zu sehen.
5 zeigt noch einmal grob schematisch den grundsätzlichen Aufbau der Isolationskappe 7 mit aufgebrachtem Wickeldraht 9 bei einem erfindungsgemäßen Trägerzahn einer elektrischen Maschine. Auf einen Kappen-Grundkörper 7a mit glatter Wandung ist eine in Anpassung an den Wickeldraht geeignet vorgeformte Kunststofffolie 7b aufgelegt und gibt durch ihre Vorformung dem Wickeldraht Halt auf dem Trägerzahn.
6 zeigt schematisch die wesentlichen Schritte, in denen ein Isolationskappen-Grundkörper 7a mit einem vorgeformten und zugeschnittenen Kunststofffolienstück 7b versehen wird, nämlich das Bereitstellen einer ebenen Kunststofffolie als quasi-endloses Materialband (S1), das Vorformen des Kunststofffolien-Bandes gemäß einer vorbestimmen Wickeldrahtgeometrie (S2), das Zuschneiden der vorgeformten Kunststofffolie gemäß den Abmessungen des Trägerzahns (S3) und schließlich das Fixieren der vorgeformten und zugeschnittenen Kunststofffolie auf dem Grundkörper des Trägerzahns (S4).
Im Rahmen fachmännischen Handelns ergeben sich weitere Ausgestaltungen und Ausführungsformen des hier nur beispielhaft beschriebenen Verfahrens und der Vorrichtung.
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

US 2006/0022549 [0002]
JP 2004/140964 [0002]
DE 102010064196 [0006]

Claims

Trägerzahn (5) einer elektrischen Maschine, insbesondere eines Elektromotors zum Verstellen oder Antreiben eines beweglichen Teils in einem Kraftfahrzeug, mit einem Grundkörper aus einem Weicheisen, der mit Wicklungsdraht (9) bewickelt und mit einer Isolationskappe (7; 70; 70'; 70'') zur elektrischen Isolation des Wicklungsdrahtes gegenüber dem Grundkörper versehen ist, wobei die Isolationskappe eine über ihren Umfangsbereich im Wesentlichen glatte Oberfläche hat und mindestens abschnittsweise eine in Abstimmung auf den Durchmesser des Wickeldrahts vorgeformte oder durch den Wickeldraht formbare Kunststofffolie (73, 73'; 73.1'; 73.2'; 76) auf sie aufgelegt ist.
Trägerzahn nach Anspruch 1, wobei mindestens der größere Teil der Zahn-Längsseiten mit der Kunststofffolie (73; 73') belegt ist oder in einem über den gesamten Umfang mit der Kunststofffolie belegten Trägerzahn mindestens der größere Teil der Zahn-Längsseiten vorgeformt ist.
Trägerzahn nach Anspruch 1 oder 2, wobei mindestens eine Zahn-Stirnseite und ihr Übergangsbereich zu den Zahn-Längsseiten mit der Kunststofffolie (73.1') belegt sind oder in einem über seinen gesamten Umfang mit der Kunststofffolie belegten Trägerzahn die Kunststofffolie mindestens auf einer Zahn-Stirnseite und ihrem Übergangsbereich zu den Zahn-Längsseiten vorgeformt ist.
Trägerzahn nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei sich die Kunststofffolie (73.1') auf den Fußbereich erstreckt.
Trägerzahn nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei die Kunststofffolie (73.1') gut wärmeleitend ist.
Trägerzahn nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei die Kunststofffolie (73.1') selbstklebend ist.
Trägerzahn nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei die Isolationskappe (7; 70; 70'; 70'') als angeformte Umhüllung, insbesondere Umspritzung oder angeformter Sinterkörper, des Grundkörpers ausgebildet ist.
Trägerzahn nach einem der Ansprüche 1 bis 6, wobei die Isolationskappe (7; 70; 70'; 70'') als separat gefertigter Kunststoffkörper, insbesondere aus einem Thermoplasten, ausgebildet ist.
Elektrische Maschine, deren Stator (1) aus Trägerzähnen nach einem der vorangehenden Ansprüche gebildet ist.
Verfahren zur Herstellung einer elektrischen Maschine nach Anspruch 9, mit den Schritten: – Bereitstellung einer Mehrzahl von Grundkörpern von Trägerzähnen, – Bereitstellung einer entsprechenden Mehrzahl von Isolationskappen mit im Wesentlichen glatter Oberfläche, – Aufsetzen jeweils einer Isolationskappe auf einen Grundkörper, – Aufbringen von in Abstimmung auf den Durchmesser eines Wickeldrahtes vorgeformter oder durch den Wickeldraht formbarer Kunststofffolie mindestens auf Umfangsbereiche der Isolationskappe, – Bewickeln des mit der Isolationskappe und der Kunststofffolie versehenen Trägerzahns mit Wickeldraht und – Zusammensetzen der mit dem Wickeldraht bewickelten und somit jeweils ein Ringsegment bildenden Trägerzähne zu einem Ring, der den Stator oder Rotor der elektrischen Maschine bildet.
Verfahren nach Anspruch 10, wobei die Kunststofffolie vor dem Schritt des Aufbringens auf den Isolationskörper durch Rollen, Prägen oder Stanzen, insbesondere in einem dem Aufbringen unmittelbar vorhergehenden Schritt, vorgeformt wird.
Verfahren nach Anspruch 10 oder 11, wobei der Schritt des Aufbringens von Kunststofffolie auf die Isolationskappe ein Zuschneiden von auf die Isolationskappe passfähigen Abschnitten von einer Kunststofffolien-Rolle umfasst.
Verfahren nach Anspruch 10 oder 11, wobei der Schritt des Aufbringens von Kunststofffolie auf die Isolationskappe das Ablösen von passfähig zugeschnittenen Abschnitten der Kunststofffolie von einem Zuführungs-Trägerband umfasst.
Verfahren nach einem der Ansprüche 10 bis 13, wobei der Schritt des Bereitstellens der Mehrzahl von Isolationskappen jeweils das Formen, insbesondere Spritzgießen, der Isolationskappe, insbesondere aus einem Thermoplasten, aufweist.
Verfahren nach einem der Ansprüche 10 bis 13, wobei der Schritt des Bereitstellens der Mehrzahl von Isolationskappen jeweils das Anformen von Kunststoffmaterial an den Grundkörper, insbesondere durch Umspritzen, Pulverbeschichten oder Ausbildung eines den Grundkörper umhüllenden Sinterkörpers, aufweist.