DE102011115405A1 - Eingepresster Schaltring eines Stators einer elektrischen Maschine - Google Patents

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DE102011115405A1
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Werner König
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Abstract

Die Erfindung betrifft einen Stator einer elektrischen Maschine mit einem Statorträger (1), der Statorzähne (3) aufweist an denen jeweils eine Statorspule angeordnet ist, und mit einer mit dem Statorträger (1) verbundenen Tragstruktur (5), die drei mittels einer Isolierung (10) gegeneinander isolierte Leiterbahnen (6) aufweist, die jeweils mit wenigstens einem Ende einer Statorspule sowie mit einem HV-Anschluss der elektrischen Maschine verbunden sind. Die beschriebene technische Lösung zeichnet sich dadurch aus, dass die Tragstruktur (5) als separater Schaltring (2) mit einem metallischen Hohlzylinder (11) in Form eines Ringes ausgeführt ist, wobei die Isolierung (10) und die Leiterbahnen (6) mittelbar oder unmittelbar auf einer ersten Oberfläche des Hohlzylinders (11) mit diesem verbunden sind und zwischen einer der ersten Oberfläche gegenüber liegenden zweiten Oberfläche (15) des Hohlzylinders (11) und einer Anschlagfläche des Statorträgers (1) eine kraftschlüssige Verbindung hergestellt ist. Des Weiteren betrifft die Erfindung ein Verfahren zum Verbinden eines Statorträgers (1) einer elektrischen Maschine mit einem Schaltring (2).

Description

  • Die Erfindung betrifft einen Stator einer elektrischen Maschine mit einem Statorträger, der Statorzähne aufweist, an denen jeweils eine Statorspule angeordnet ist, und mit einer mit dem Statorträger verbundenen Tragstruktur, die drei mittels einer Isolierung elektrisch gegeneinander isolierte Leiterbahnen aufweist, welche jeweils mit wenigstens einem Ende einer Statorspule sowie mit einem HV-Anschluss der elektrischen Maschine verbunden sind.
  • Drehstromgeneratoren für Kraftfahrzeuge werden überwiegend an einer Stirnseite der Brennkraftmaschine angeordnet und über einen Keilriemen von der Kurbelwelle angetrieben. Alternativ zu dieser Variante ist ein Direktantrieb ohne Zwischenschaltung eines Keilriemens möglich, indem der Generator unmittelbar mit der Kurbelwelle verbunden wird. Eine derartige direkte Anbindung einer Elektromaschine an die Kurbelwelle ist insbesondere auch für Kraftfahrzeuge mit einem Hybridantrieb, der als kombinierte Antriebseinheit eine Brennkraftmaschine und einen Elektromotor aufweist, geeignet.
  • In diesem Zusammenhang beschreibt die EP 1 705 775 B1 einen Stator einer elektrischen Maschine, der in radialer Richtung einen umlaufenden Bereich zur Aufnahme von Leiterbahnen aufweist. Der Bereich wird durch geeignetes Formen der Statorsegmente gebildet und ist derart ausgebildet, dass die Leiterbahnen in diesen Bereich bündig eingeführt werden können. Zwischen den einzelnen Leiterbahnen ist eine Isolierung vorgesehen, durch die die drei Leiterbahnen der drei Phasen gegeneinander isoliert sind. Die Leiterbahnen werden über Öffnungen im Randbereich der Aufnahme mit den Spulen der Statorzähne kontaktiert und verfügen darüber hinaus über eine Anschlussmöglichkeit zum Verbinden der Leiterbahnen mit einem HV-Anschluss der elektrischen Maschine. Die Leiterbahnen mit den Isolierungen und der Aufnahmen bilden einen Schaltring des Stators, der in diesem Fall einstückig mit dem Statorträger ausgeführt ist. Die Einzelzähne des Stators werden durch Verschweißen der Einzeldrähte mit speziellen Gabeln des Schaltrings verbunden.
  • Durch die einstückige Ausführung des Statorträgers mit dem Schaltrings ist allerdings die Befestigung der Spulen sowie Bestückung mit den Leiterbahnen und der Isolierung vergleichsweise aufwendig. Daher werden Statorträger und Schaltring üblicherweise zunächst als zwei separate Bauteile hergestellt, so dass vor dem Verschweißen der Einzeldrähte der Spulen mit den Gabeln des Schaltrings das Schaltringgehäuse auf dem Stator platziert und an diesem fixiert werden muss, um eine zufriedenstellende Verbindung zwischen den Spulenenden und den Leiterbahnen des Schaltrings herzustellen. Die Fixierung erfolgt bisher üblicherweise durch Warmumformen spezieller hierfür vorgesehener Fixierelemente des Schaltringgehäuses mit definierten Pins der Statorzähne des Stators.
  • Problematisch an den zurzeit verwendeten Verfahren zum Verbinden des Schaltrings eines Stators mit dem Statorträger ist der verhältnismäßig große Aufwand beim Warmumformen der zu verbindenden Fixierelemente. Darüber hinaus verfügen die warmumgeformten Verbindungspunkte nur über eine geringe Widerstandsfähigkeit gegenüber Vibrationsbelastungen. Ferner lassen sich die durch Warmumformen hergestellten Fügestellen nur zerstörend lösen, was insbesondere im Hinblick auf das Erfordernis einer einfachen Recyclingfähigkeit der im Fahrzeugbau verwendeten Komponenten unbefriedigend ist.
  • Ausgehend von den aus dem Stand der Technik bekannten Techniken zum Verbinden eines Schaltrings mit dem Statorträger eines Stators liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, eine technische Lösung anzugeben, die gleichzeitig eine verhältnismäßig einfache Verbindung der beiden Elemente und eine zuverlässige Fixierung, insbesondere auch im Hinblick auf auftretende Vibrationsbelastungen, sicherstellt. Weiterhin soll mit der anzugebenden Verbindung zwischen Schaltring und Statorträger eine zuverlässige, stabile und vor allem zerstörungsfrei wieder lösbare Verbindung zwischen dem Schaltring mit den Leiterbahnen und dem Stator hergestellt werden. Das auf der Erfindung basierende Fertigungsverfahren soll mit verhältnismäßig einfachen Mitteln kostengünstig durchführbar sein und sich auf einfache Weise in den Fertigungsprozess eines Stators einer elektrischen Maschine integrieren lassen.
  • Die vorstehend erläuterte Aufgabe wird mit einem Stator einer elektrischen Maschine gemäß Anspruch 1 gelöst. Ferner ist im Anspruch 8 ein Verfahren zum Verbinden eines Statorträgers mit einem Schaltring angegeben, das auf der erfinderischen Idee basiert. Vorteilhafte Ausführungsformen der Erfindung sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche und werden in der folgenden Beschreibung unter teilweiser Bezugnahme auf die Figuren näher erläutert.
  • Erfindungsgemäß ist der Stator einer elektrischen Maschine mit einem Statorträger, der Statorzähne aufweist, an denen jeweils eine Statorspule angeordnet ist, und mit einer mit dem Statorträger verbundenen Tragstruktur, die drei mittels einer Isolierung elektrisch gegeneinander isolierte Leiterbahnen aufweist, welche jeweils mit wenigstens einem Ende einer Statorspule sowie mit einem HV-Anschluss der elektrischen Maschine verbunden sind, derart weitergebildet worden, dass die Tragstruktur als separater Schaltring mit einem metallischen Hohlzylinder in Form eines Ringes ausgeführt ist, wobei die Isolierung und die Leiterbahnen mittelbar oder unmittelbar auf einer ersten Oberfläche des Hohlzylinders mit diesem verbunden sind und zwischen einer der ersten Oberfläche gegenüberliegenden zweiten Oberfläche des Hohlzylinders und einer Anschlagfläche des Statorträgers eine kraftschlüssige Verbindung hergestellt ist.
  • Durch das Vorsehen einer kraftschlüssigen Verbindung zwischen Schaltring und Statorträger wird eine lösbare Verbindung zwischen diesen Bauteilen geschaffen. Auf diese Weise werden zunächst die Anforderungen an die Recyclingfähigkeit derartiger Komponenten erfüllt. Weiterhin werden Fertigungsvorteile dadurch erreicht, dass durch die Reduzierung der Anzahl der Fügeoperationen eine Vereinfachung des Fertigungsprozesses und eine Verringerung potenzieller Fehlerquellen erreicht werden. Darüber hinaus werden die Vibrationsbelastungen, die auf die Fügestelle zwischen Schaltring und Statorträger wirken, aufgrund der kraftschlüssigen Verbindung minimiert und somit die Festigkeit und Zuverlässigkeit des Gesamtsystems erhöht.
  • Wesentlich an der erfindungsgemäßen Lösung ist, dass die Leiterbahnen mit der zwischen diesen vorgesehenen Isolierung gemeinsam mit einem die Leiterbahnen und Isolierungen tragenden metallischen Hohlzylinder bereits vor einer Montage am Stator zu einem Schaltring vormontiert werden. Der Schaltring wird somit schließlich als komplettes vormontiertes Bauteil mit dem Stator verbunden, insbesondere ein- oder aufgepresst. Der Schaltring weist hierbei eine Tragstruktur in Form eines metallischen Ringes auf, der in Bezug auf den Schaltring dem Statorträger zugewandt ist.
  • In einer ersten bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist bei einem Innenläufer der Statorträger außen um den Stator angeordnet, so dass der ringförmige metallische Hohlzylinder den Schaltring auf der radialen äußeren Seite umgibt. In diesem Fall ist die Anschlagfläche des Statorträgers im montierten Zustand außerhalb des Hohlzylinders angeordnet.
  • Bei einer alternativen Ausführungsform ist bei einem Außenläufer mit innerem Statorträger der metallische Hohlzylinder entsprechend auf der inneren Seite des Schaltrings angeordnet. Die Anschlagfläche des Statorträgers, die im montierten Zustand eine Oberfläche des metallischen Hohlzylinders kontaktiert, befindet sich in diesem Fall innerhalb des Hohlzylinders.
  • In beiden Fällen übernimmt der die Tragstruktur bildende metallische Hohlzylinder in Bezug auf den Schaltring zusätzlich die Aufgabe, die erforderliche Festigkeit des Schaltringes zu gewährleisten. Ohne das Vorsehen eines entsprechenden metallischen Hohlzylinders wären die Pressungskräfte, die benötigt werden, um den Schaltring dauerhaft fest mit dem Stator zu verbinden, sowohl für die Leiterbahnen, die vorzugsweise aus Kupfer gefertigt werden, als auch die Isolierung, die bevorzugt Kunststoff aufweist, zu groß. Aus diesem Grund wird eine dauerhafte kraftschlüssige Verbindung zwischen dem Schaltring und dem Statorträger, insbesondere zwischen einer Oberfläche des Hohlzylinders und der Anschlagfläche des Statorträgers, vorzugsweise durch Einpressen des aus metallischem Hohlzylinder als Tragstruktur sowie Leiterbahnen und Isolierung bestehenden Schaltrings in den Statorträger oder durch Aufpressen auf den Statorträger erreicht.
  • Grundsätzlich ist es denkbar, dass der metallische Hohlzylinder, der für den Schaltring eine Tragstruktur bildet, unterschiedliche Formen aufweisen kann. Auf bevorzugte Weise begrenzt der metallische Hohlzylinder den Schaltring innen oder außen an seinem Umfang, wobei die Zylinderwand über einen rechteckförmigen oder ovalen Querschnitt in Bezug auf die umlaufende punktuelle Presslinie verfügt.
  • Eine spezielle Weiterbildung der Erfindung sieht vor, dass der Querschnitt der Wandung des Hohlzylinders eine L-Form aufweist und den Schaltring auf einer axialen Endseite einfasst. Ebenso ist es denkbar, dass der Querschnitt der Hohlzylinderwand einen asymmetrischen U-förmigen Querschnitt aufweist und beide axialen Endseiten einfasst, wobei die Seite zum Stator hin nicht ganz so weit eingefasst wird, um eine sichere Kontaktierung der Spulenenden zu ermöglichen.
  • In Bezug auf die Erstreckung des Hohlzylinders in axialer Richtung ist es denkbar, dass die Hohlzylinderwand die Leiterbahnen mit der Kunststoffisolierung über die gesamte Länge in axialer Richtung überdeckt oder aber eine Überdeckung nur teilweise erfolgt.
  • Gemäß einer weiteren Ausführungsform der Erfindung ist vorgesehen, dass der Hohlzylinder wenigstens eine Struktur aufweist, über die eine formschlüssige Verbindung zum Statorträger und/oder zu wenigstens einem Bauteil des Schaltrings, insbesondere zur Isolierung, hergestellt wird. Eine derartige Struktur kann etwa in Form einer Ausnehmung oder Ausbuchtung ausgeführt sein, die in eine entsprechende Gegenstruktur eingreift.
  • Die Erfindung betrifft des Weiteren ein Verfahren zum Verbinden eines Statorträgers einer elektrischen Maschine, der Statorzähne aufweist, an denen jeweils eine Statorspule angeordnet ist, mit einem Schaltring, der drei mittels einer Isolierung elektrisch gegeneinander isolierte Leiterbahnen aufweist, die jeweils mit wenigstens einem Ende einer Statorspule sowie mit einem HV-Anschluss der elektrischen Maschine verbunden sind, das derart weitergebildet worden ist, dass der Schaltring als separates Bauteil mit einem metallischen Hohlzylinder in Form eines Rings, an dem zunächst die Leiterbahnen mit der Isolierung befestigt werden, bereitgestellt wird und der metallische Hohlzylinder gemeinsam mit den Leiterbahnen und der diese umgebenden Isolierung in den Statorträger eingepresst oder auf den Statorträger aufgepresst wird.
  • In einer speziellen Weiterbildung des erfindungsgemäßen Verfahrens erfolgt die Herstellung des Schaltrings, indem die Leiterbahnen zwischen elektrisch isolierendem Kunststoffmaterial angeordnet werden oder aber in ein zuvor gefertigtes Kunststoffgrundteil eingelegt werden und zusammen mit dem metallischen Hohlzylinder in einem Spritzgusswerkzeug eingelegt und zusammen vergossen oder umspritzt werden. Das gemeinsame Vergießen bzw. Umspritzen erfolgt in jedem Fall derart, dass die Isolierung und die Leiterbahnen quasi als Verbund an dem eine Tragstruktur bildenden Hohlzylinder haften und der Hohlzylinder gegenüber den Leiterbahnen elektrisch isoliert ist.
  • Genauso ist es denkbar, dass das Vergießen oder Umspritzen zweistufig erfolgt, wobei das Kunststoffgrundteil bei einem ersten Spritzvorgang an den metallischen Hohlzylinder angespritzt wird, dann die Leiterbahnen in das Kunststoffgrundteil eingelegt werden und wiederum alles zusammen nochmals derart umspritzt wird, dass die Isolierung mit den darin befindlichen Leiterbahnen an dem Hohlzylinder haften und der Hohlzylinder gegenüber den Leiterbahnen isoliert ist.
  • Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform erfolgt das Vergießen oder Umspritzen einstufig. In diesem Fall werden der metallische Hohlzylinder und die Leiterbahnen zunächst derart im Spritzgusswerkzeug angeordnet, dass diese sich nicht berühren bzw. keinen elektrisch leitenden Kontakt zueinander haben. Nach dem Vergießen oder Umspritzen stellt der umspritzte Kunststoff schließlich die Isolierung der Leiterbahnen und des metallischen Ringe sicherstellt.
  • Gleichgültig, nach welchen der vorgenannten Verfahrensvarianten ein Schaltring mit tragendem metallischen Hohlzylinder hergestellt und als vorgruppierte Einheit bereitgestellt wird, wird der vormontierte bzw. vergossene Schaltring dem Spritzgusswerkzeug entnommen und kann daraufhin mit dem Stator durch das Vorsehen des metallischen Rings verpresst werden. Der metallische Hohlzylinder bildet hierbei entweder die Außenseite des Schaltringes oder ist gemäß einer weiteren speziellen Ausführungsform durch einen Kunststoffüberzug, der beim Umspritzen oder Vergießen entstanden ist, verdeckt. Ferner wird in jedem Fall das Umspritzen oder Vergießen der Leiterbahnen derart ausgeführt, dass die Kontaktierungsstellen, die bevorzugt als fahnenartige Anschlüsse ausgeführt sind, zur Kontaktierung der Spulen und des HV-Anschlusses der elektrischen Maschine frei zugänglich sind, so dass die Spulen und der HV-Anschluss an dem mit dem Statorträger verpressten Schaltring auf einfache Weise kontaktierbar sind.
  • Insbesondere kann der Schaltring zusätzlich zu den drei Leiterbahnen für die drei Phasen noch eine vierte Leiterbahn aufweisen, welche zu einer Sternschaltung von Spulen und Wicklungen genutzt werden kann. Der Schaltring kann auch optional einen Bauraum für die vierte Leiterbahn vorhalten, so dass je nach Anwendung der Schaltring über drei oder vier Leiterbahnen verfügen kann.
  • Um beim Ein- oder Aufpressen des Schaltrings eine hohe Prozesssicherheit zu gewährleisten, ist es vorteilhaft, wenn der metallische Hohlzylinder vollständig umlaufend ohne Öffnung bzw. Spalt ausgeführt ist. Darüber hinaus ist es alternativ oder in Ergänzung denkbar, vor allem um eine bessere Fixierung zu erreichen, dass der metallische Hohlzylinder spezielle Strukturen in Form von Aussparungen und 1 oder Ausbuchtungen bzw. Erhebungen aufweist, die mit korrespondierenden Strukturen am Statorträger eine Positionierung und Fixierung in Umfangsrichtung erleichtern.
  • Im Folgenden wir die Erfindung anhand von Ausführungsbeispielen ohne Beschränkung des allgemeinen Erfindungsgedankens unter Bezugnahmen auf die Figuren näher erläutert. Dabei zeigen:
  • 1: eine Perspektivansicht auf einen Stator einer elektrischen Maschine, dessen Statorträger und Schaltring mittels Warmumformen verbunden wurden;
  • 2: eine Perspektivansicht auf einen Schaltring mit einem metallischen Hohlzylinder als Tragstruktur, der eine Zylinderwand mit L-förmigem Querschnitt aufweist;
  • 3: eine perspektivische und ausschnittsweise Querschnittsdarstellung eines Schaltrings mit einem metallischen Hohlzylinder als Tragstruktur und Leiterbahnen, die durch isolierenden Kunststoff umspritzt sind.
  • 1 zeigt einen Stator herkömmlicher Bauform mit einem Statorträger 1 und einem Schaltring 2, der Fixierelemente 4 aufweist, über die der Statorträger 1 und der Schaltring 2 durch Warmumformen, insbesondere Warmverstemmen, mit einander verbunden sind.
  • Der Statorträger 1 verfügt über eine Vielzahl von Statorzähnen 3, die über den Umfang des Statorträgers 1 verteilt angeordnet sind. Die Statoren permanent erregter elektrischer Maschinen werden segmentiert bewickelt und anschließend mit Hilfe des Schaltrings 2 verschaltet, wobei durch den Schaltring 2 eine elektrisch leitende Verbindung zwischen den Spulen und dem HV-Anschluss der elektrischen Maschine hergestellt wird. Der Schaltring 2 verfügt über eine Tragstruktur 5, beispielsweise in Form eines Schaltringgehäuses, und Leiterbahnen 6 für die drei Phasen, die vorzugsweise aus Kupfer gefertigt sind. Insbesondere kann noch eine vierte Leiterbahn 6 für eine Sternschaltung der elektrischen Maschine vorgesehen sein. Die Leiterbahnen 6 kontaktieren über entsprechende Kontaktfahnen 7, die Drähte der bewickelten Statorzähne 3 mittels einer stoffschlüssigen Verbindung, die durch Schweißen hergestellt worden ist. Die Tragstruktur 5, in der die Leiterbahnen 6 derart angeordnet sind, dass sie gegeneinander elektrisch isoliert sind, wird mittels eines Spritzgussprozesses aus Kunststoff hergestellt.
  • Bei herkömmlich ausgeführten Schaltringen 2 erfolgt die Verbindung des Schaltrings 2 mit dem Stator durch Warmumformen einer hierfür vorgesehener Lochgeometrie 8 an der Außen- und Innenseite der Tragstruktur mit speziellen Pins 9 an den Einzelzähnen 3 des Stators. Dieses Verfahren ist vergleichsweise aufwendig, da der Schaltring 2 zunächst präzise in die Pins 9 der Statorzähne 3 eingeführt und dann alle Fügestellen durch Warmumformen, also Erhitzen mit einem speziellen Werkzeug, befestigt werden müssen. Darüber hinaus sind die warmumgeformten Verbindungspunkte in Bezug auf ihre Festigkeit bei Vibrationsbelastungen nachteilig. Außerdem handelt es sich um eine Verbindung zwischen Schaltring 2 und Statorträger 1, die nur zerstörend wieder gelöst werden kann. Dies ist nachteilig, vor allem in Bezug auf Reparatur, Nachbearbeitung und Recycling des Schaltrings 2. Bei einem fehlerhaften Verbindungspunkt müssen zum Trennen der Bauteile Statorträger 1 und Schaltring 2 alle Einzelzähne 3 des Statorträgers 1 und der gesamte Schaltring 2 ausgetauscht werden.
  • Um eine zerstörungsfrei lösbare, kraft- und formschlüssige Verbindung zwischen dem Schaltring 2 und dem Stator, bestehend aus Statorträger 1 und Einzelzähnen 3, herzustellen, wird der Schaltring 2 erfindungsgemäß derart als ein Bauteil vorgruppiert bzw. vormontiert, dass dieser in den Statorträger 2 oberhalb der Statorzähne 3 eingepresst wird. Hierfür verfugt der Schaltring 2, wie es der 2 zu entnehmen ist, an seinem äußeren Umfang über einen metallischer Hohlzylinder 11, der als Tragstruktur 5 für Leiterbahnen 6 und Isolierung 10 dient und durch den ein Einpressen des Schaltrings 2 als Komplettbauteil in den Statorträger 1 ermöglicht wird. Ein wie in 2 dargestellte ausgeführter Schaltring 2, bestehend aus metallischem Hohlzylinder 11, Leiterbahnen 6 sowie Isolierung 10, wird auf geeignete Weise zunächst vorgruppiert und schließlich als kompaktes Bauteil in den Statorträger 1 eingepresst. Sollte es sich um einen Außenläufer handeln, bei dem der Statorträger 1 innen angeordnet ist, wird ein erfindungsgemäß ausgeführter Schaltring 2 entsprechend von außen auf den Statorträger 1 aufgepresst.
  • Der in 2 dargestellte metallische Hohlzylinder 11 in Form eines Ringes verfügt über eine Zylinderwand 12 mit einem L-förmigen Querschnitt. Aufgrund dieser Querschnittsform begrenz der metallische Zylinder in axialer Richtung einseitig die isolierten Leiterbahnen 6 und fasst diese gewissermaßen von einer Seite ein. Die Leiterbahnen 6 weisen über den Umfang verteilte Kontaktfahnen 7 auf, die einerseits der Kontaktierung der Spulenenden mittels eines Schweißvorganges und andererseits des HV-Anschlusses einer elektrischen Maschine dienen.
  • Alternativ können die Kontaktfahnen 7 auch durch eine andere Verbindungsart mit den Spulenenden und dem HV-Anschluss kontaktiert werden, wie zum Beispiel durch Schneid-Klemmkontakte oder Schraubkontakte.
  • Zum Verbinden des Schaltrings 2 mit dem Statorträger 1, wird der Schaltring 2 derart in den Statorträger 2 eingepresst, dass zwischen der äußeren Umfangsfläche 15 des metallischen Hohlzylinders 11 und einer Anschlagfläche des Statorträgers 1, an der die äußeren Umfangsfläche 16 nach dem Verbinden anliegt, eine kraftschlüssige Verbindung entsteht.
  • Während der Herstellung des Schaltrings 2 werden entweder drei Kunststoffringe oder ein Kunststoffgrundteil zur räumlichen Trennung und Isolation 10 der Leiterbahnen 6 gefertigt. Das Kunststoffgrundteil wird hierbei derart geformt, dass die Leiterbahnen 6 in dieses eingelegt werden können und so gegenseitig und gegenüber dem metallischen Hohlzylinder 11 isoliert sind. Zur Herstellung eines Schaltrings 2 werden die vorgenannten Bauteile in einem Spritzgusswerkzeug in Querschnittsrichtung von außen nach innen in der Reihenfolge metallischer Hohlzylinder 11, Kunststoffring oder Kunststoffgrundteil als Isolierung 10, erste Leiterbahn 6, Kunststoffring oder Kunststoffgrundteil, zweite Leiterbahn 6, Kunststoffring oder Kunststoffgrundteil sowie dritte Leiterbahn 3 angeordnet. In jedem Fall wird hierbei sicher gestellt, dass keine Verbindung zwischen den einzelnen Leiterbahnen 6 bzw. einer Leiterbahn 6 und dem metallischen Hohlzylinder 11 besteht.
  • Der abschließende Prozessschritt zur Fertigung des Schaltrings 2 ist das Einspritzen des Kunststoffs und Entformen aus dem Werkzeug. Ebenso ist es denkbar, diesen Prozess als zweistufigen Spritzgussprozess auszuführen, indem in einem ersten Schritt das Kunststoffgrundteil an den metallischen Hohlzylinder 11 angespritzt wird und anschließend die Leiterbahnen eingelegt und in einem zweiten Schuss die Zweitumspritzung angefügt wird.
  • Zur 3 zeigt zur weitergehenden Erläuterung in einer Querschnittsansicht einen erfindungsgemäß ausgeführten Schaltring 2, bestehend aus einem diesen umgebenden metallischen Hohlzylinder 11, drei Leiterbahnen 6 aus Kupfer sowie einer die Leiterbahnen 6 sowie den metallischen Hohlzylinder 11 gegeneinander isolierenden Kunststoffisolierung 10. Der metallische Hohlzylinder 11 verfügt an seiner inneren Umfangsfläche über eine Ausnehmung 13 in Form einer Nut, in die als Gegenstruktur eine Ausbuchtung 14 der Isolierung 10 eingreift, so dass an dieser Stelle auch eine formschlüssige Verbindung zwischen metallischem Hohlzylinder 11 und Isolierung 10 gebildet wird. Die Nut stellt somit eine Fixierung des Kunststoffs am metallischen Hohlzylinder 11 sicher.
  • Bei der Ausführung eines alternativen Fertigungsverfahrens zur Vorgruppierung eines erfindungsgemäß ausgeführten Schaltrings 2 wird der metallische Hohlzylinder 11 und die drei Leiterbahnen 6 in einem geeignet ausgeführten Spritzgusswerkzeug derart positioniert, dass keine Berührung untereinander vor, während und nach dem Einspritzen des Kunststoffs erfolgt. Der eingespritzte Kunststoff übernimmt somit die Funktion einer Isolation 13 der Leiterbahnen und des metallischen Hohlzylinders 11, ohne dass zuvor bereits vorgeformte Kunststoffbauteile in das Spritzgusswerkzeug eingelegt worden sind. Der Schaltring 2 wird schließlich durch Einspritzen des Kunststoffs und Entformens aus dem Werkzeug erzeugt.
  • Im Anschluss an die Fertigung bzw. Vorgruppierung des Schaltrings 2 wird dieser in den Statorträger 1 eingepresst. Durch Vorsehen eines geeigneten Absatzes am Statorträger 1 kann der Schaltring 2 in einer definierten Position sicher fixiert werden.
  • Bezugszeichenliste
  • 1
    Statorträger
    2
    Schaltring
    3
    Statorzahn
    4
    Fixierelement
    5
    Tragstruktur
    6
    Leiterbahn
    7
    Kontaktfahne
    8
    Lochgeometrie
    9
    Pin
    10
    Isolierung
    11
    Hohlzylinder
    12
    Zylinderwand
    13
    Ausnehmung
    14
    Ausbuchtung
    15
    Anschlag bildende Oberfläche des Hohlzylinders
  • 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
    • EP 1705775 B1 [0003]

Claims (10)

  1. Stator einer elektrischen Maschine, mit einem Statorträger (1), der Statorzähne (3) aufweist an denen jeweils eine Statorspule angeordnet ist, und mit einer mit dem Statorträger (1) verbundenen Tragstruktur (5), die drei mittels einer Isolierung (10) gegeneinander isolierte Leiterbahnen (6) aufweist, die jeweils mit wenigstens einem Ende einer Statorspule sowie mit einem HV-Anschluss der elektrischen Maschine verbunden sind, dadurch gekennzeichnet, dass die Tragstruktur (5) als separater Schaltring (2) mit einem metallischen Hohlzylinder (11) in Form eines Ringes ausgeführt ist, wobei die Isolierung (10) und die Leiterbahnen (6) mittelbar oder unmittelbar auf einer ersten Oberfläche des Hohlzylinders (11) mit diesem verbunden sind und zwischen einer der ersten Oberfläche gegenüber liegenden zweiten Oberfläche (15) des Hohlzylinders (11) und einer Anschlagfläche des Statorträgers (1) eine kraftschlüssige Verbindung hergestellt ist.
  2. Stator nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Anschlagfläche des Statorträgers (1) außerhalb des Hohlzylinders (11) angeordnet ist.
  3. Stator nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Anschlagfläche des Statorträgers (1) innerhalb des Hohlzylinders (11) angeordnet ist.
  4. Stator nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass eine Wand (12) des Holzylinders (11) einen rechteckigen oder ovalen Querschnitt aufweist.
  5. Stator nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass eine Wand (12) des Holzylinders (11) einen L-förmigen Querschnitt aufweist.
  6. Stator nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass eine Wand (12) des Hohlzylinders (11) in axialer Richtung die Isolierung (10) mit den Leiterbahnen (6) in einem Kontaktbereich vollständig überdeckt.
  7. Stator nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass der Hohlzylinder (11) wenigstens eine Struktur (13) aufweist, über die eine formschlüssige Verbindung zum Statorträger (14) und/oder zur Isolierung (10) des Schaltringes (2) hergestellt wird.
  8. Verfahren zum Verbinden eines Statorträgers (1) einer elektrischen Maschine, der Statorzähne (3) aufweist, an denen jeweils eine Statorspule angeordnet ist, mit einem Schaltring (2), der drei mittels einer Isolierung (10) gegeneinander isolierte Leiterbahnen (6) aufweist, die jeweils mit wenigstens einem Ende einer Statorspule sowie mit einem HV-Anschluss der elektrischen Maschine verbunden sind, dadurch gekennzeichnet, dass der Schaltring (2) als separates Bauteil mit einem metallischen Hohlzylinder (11) in Form eines Ringes, auf den zunächst die Leiterbahnen (6) mit der Isolierung (10) aufgebracht werden, bereitgestellt wird und der metallische Hohlzylinder (11) gemeinsam mit den Leiterbahnen (6) und der diese umgebenden Isolierung (10) in den Statorträger (1) eingepresst oder auf den Statorträger (1) aufgepresst wird.
  9. Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Leiterbahnen (6) mit der Isolierung (10) auf den Hohlzylinder (11) aufgebracht werden, indem die Leiterbahnen (6) auf wenigstens einem Kunststoffelement angeordnet werden, Leiterbahnen (6), Kunststoffelement und metallischer Hohlzylinder (11) gemeinsam in ein Spritzgusswerkzeug eingelegt und zusammen mit einem Kunststoffmaterial derart vergossen und/oder umspritzt werden, dass die Isolierung (10) und die Leiterbahnen (6) an dem Hohlzylinder (11) haften und der Hohlzylinder (11) gegenüber den Leiterbahnen (6) isoliert ist.
  10. Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass in einem ersten Schritt ein Kunststoffgrundbauteil an den metallischen Hohlzylinder (11) angespritzt wird, daraufhin die Leiterbahnen (6) in dem Kunststoffgrundbauteil platziert werden und abschließend der Hohlzylinder (11) mit dem Kunststoffgrundbauteil und den Leiterbahnen (6) derart mit Kunststoffmaterial vergossen und/oder umspritzt wird, dass die Isolierung (10) und die Leiterbahnen (6) an dem Hohlzylinder (11) haften und der Hohlzylinder (11) gegenüber den Leiterbahnen (6) isoliert ist.
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