DE102012012193A1

DE102012012193A1 - Verbindungsanordnung eines Aktivteils mit einem Halteelement einer elektrischen Maschine

Info

Publication number: DE102012012193A1
Application number: DE102012012193A
Authority: DE
Inventors: Jochen Betsch
Original assignee: Daimler AG
Current assignee: Mercedes Benz Group AG
Priority date: 2012-06-19
Filing date: 2012-06-19
Publication date: 2012-12-13

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Verbindungsanordnung eines Aktivteils (10) zum Führen eines magnetischen Felds einer elektrischen Maschine an einem korrespondierenden Halteelement (12) der elektrischen Maschine, bei welcher das Aktivteil (10) und das Halteelement (12) über wenigstens eine Formschlussverbindung, welche zumindest eine Aufnahme (16) und zumindest ein korrespondierendes, zumindest teilweise in der Aufnahme (16) aufgenommenes Formschlusselement (18) umfasst, in Umfangsrichtung (14) des Aktivteils (10) drehfest miteinander verbunden sind, wobei das Formschlusselement (18) an einem die Aufnahme (16) in radialer Richtung begrenzenden Boden (22) der Aufnahme (16) anliegt.

Description

Die Erfindung betrifft eine Verbindungsanordnung eines Aktivteils mit einem Halteelement einer elektrischen Maschine gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.
Eine solche Verbindungsanordnung eines Aktivteils mit einem korrespondierenden Halteelement einer elektrischen Maschine ist der EP 1 860 753 A2 als bekannt zu entnehmen. Bei dieser Verbindungsanordnung ist das Aktivteil zum Führen eines magnetischen Felds der elektrischen Maschine mit dem Halteelement über wenigstens eine Formschlussverbindung in Umfangsrichtung des Aktivteils drehfest verbunden. Die Formschlussverbindung umfasst dabei eine Aufnahme und zumindest ein korrespondierendes, zumindest teilweise in der Aufnahme aufgenommenes Formschlusselement. Das Formschlusselement ist dabei durch das Aktivteil gebildet, während die Aufnahme durch das korrespondierende Halteelement gebildet ist.
Eine Länge des Formschlusselements, über welche das Formschlusselement in die korrespondierende Aufnahme eingreift, ist dabei geringer als eine in radialer Richtung verlaufende Tiefe der Aufnahme. Dadurch liegt das Formschlusselement nicht an einem die Aufnahme in radialer Richtung begrenzenden Boden der Aufnahme an und kommt nicht in Kontakt mit dem Boden, wenn das Aktivteil in das Halteelement eingeschrumpft wird. Mit anderen Worten ist das Formschlusselement in radialer Richtung kürzer als die Aufnahme tief ist, damit das Formschlusselement beim Einschrumpfen nicht zu einem zusätzlichen Kraftaufwand führt.
Seit im automobilen Umfeld zunehmend elektrifizierte Antriebe zum Einsatz kommen, zeigt sich, dass traditionelle Konstruktionen für elektrische Maschinen und insbesondere Elektromotoren für die Anwendung im Automobil überarbeitet werden müssen. Die Funktion der elektrischen Maschinen basiert auf Eisenwerkstoffen, die durch Wicklungsströme auf Magneten oder Läuferwicklungen elektromagnetische Kräfte ausüben. Dazu sind beispielsweise geschichtete Blechpakete vorgesehen. Gleichzeitig spielen Gewicht und Kühlung sowie Bauraum eine wichtige Rolle. Dadurch, dass das Aktivteil beispielsweise aus dem Eisenwerkstoff gebildet ist, während das korrespondierende Halteelement beispielsweise aus Aluminium gebildet ist, kommt es auf großem Durchmesser zu einer Bimetallsituation und somit über einem Temperaturprofil zu unterschiedlichen Wärmeausdehnungen des Aktivteils und des Halteelements. Dies führt bei Abkühlung zu Spannungen im Halteelement, welches beispielsweise durch ein Gehäuse der elektrischen Maschine gebildet ist.
Bei Aufheizung kann es zu einem Durchrutschen des Aktivteils relativ zu dem Halteelement kommen, da sich die beispielsweise durch einen Pressverband (Presspassung) zwischen dem Aktivteil und dem Halteelement bewirkte Verbindung zwischen diesen löst. Ist die Pressung zwischen dem Aktivteil und dem Halteelement sehr groß, kann das Durchrutschen vermieden werden. Jedoch kommt es dann zu sehr hohen Spannungen. Ist die Pressung zu gering, so können die hohen Spannungen vermieden werden. Jedoch kann es zu einem Durchrutschen kommen.
Die Lösung dieses Zielkonflikts insbesondere bei kleinen Wandstärken des Halteelements ist nur in einem kleinen Temperaturbereich innerhalb der Werkstoffgrenzen gegeben und erfordert höchste Präzision bei Durchmessern des Aktivteils und des Halteelements und somit engste Toleranzen. Automobile Kollektive müssen aber einen demgegenüber sehr großen Temperaturbereich von beispielsweise einschließlich –50°C bis einschließlich 200°C in einem Motorraum eines Kraftwagens abdecken. Es existiert kein Pressverband, der im genannten, sehr großen Temperaturbereich die Lösung des Zielkonflikts schafft.
Es ist bekannt, das Aktivteil und das Halteelement in axialer Richtung des Aktivteils zu verschrauben. Dies erfordert jedoch Löcher für die Schrauben, die den Magnetfluss und somit das magnetische Feld der elektrischen Maschine stören. Zudem ist zusätzlicher Bauraum für die Verschraubungen außerhalb von Wicklungen vonnöten.
Es ist daher Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Verbindungsanordnung eines Aktivteils mit einem Halteelement einer elektrischen Maschine der eingangs genannten Art derart weiterzuentwickeln, dass eine besonders bauraumgünstige und feste Verbindung des Aktivteils mit dem Halteelement ermöglicht ist bei gleichzeitiger Realisierung besonders geringer Belastungen des Aktivteils und des Halteelements.
Diese Aufgabe wird durch eine Verbindungsanordnung mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen mit zweckmäßigen und nicht-trivialen Weiterbildungen der Erfindung sind in den übrigen Ansprüchen angegeben.
Um eine Verbindungsanordnung der im Oberbegriff des Patentanspruchs 1 angegebenen Art zu schaffen, bei welcher das Aktivteil und das Halteelement besonders bauraumgünstig und fest miteinander verbunden sind und bei welcher nur besonders geringe Belastungen des Aktivteils und des Halteelements ermöglicht sind, ist es erfindungsgemäß vorgesehen, dass das Formschlusselement an einem die Aufnahme in radialer Richtung begrenzenden Boden der Aufnahme anliegt. Mit anderen Worten ist eine Länge des Formschlusselements, über welche das Formschlusselement in der Aufnahme aufgenommen ist, größer als eine in radialer Richtung verlaufende Tiefe der beispielsweise als Nut ausgebildeten Aufnahme. Das Formschlusselement und die Aufnahme sorgen so für eine formschlüssige, drehfeste Verbindung des Aktivteils mit dem Halteelement in Umfangsrichtung.
Da das Formschlusselement – bezogen auf einen mit dem Halteelement unverbundenen Zustand des Aktivteils – in radialer Richtung länger als die Aufnahme in radialer Richtung tief ist, kann sich das Formschlusselement beim Verbinden des Aktivteils mit dem Halteelement in die Aufnahme und insbesondere in ihren Boden eingraben, so dass Drehmomente zwischen dem Aktivteil und dem Halteelement über einen sehr großen Temperaturbereich von beispielsweise einschließlich –50°C bis einschließlich 200°C sicher übertragen werden können.
Dabei können das Aktivteil und das Halteelement in Umfangsrichtung lediglich formschlüssig drehfest miteinander verbunden sein. Dies bedeutet, dass auf einen Pressverband, d. h. eine Presspassung zwischen dem Aktivteil und dem Halteelement, verzichtet werden kann, so dass Belastungen des Aktivteils und des Halteelements infolge eines solchen Pressverbands vermieden werden können.
Alternativ kann vorgesehen sein, dass das Aktivteil und das Halteelement sowohl über einen Pressverband, d. h. über eine Presspassung, als auch über die Formschlussverbindung in Umfangsrichtung miteinander verbunden sind. Die Formschlussverbindung unterstützt dabei den Pressverband. Hierbei muss der Pressverband nicht mehr gegen eine Verdrehung des Aktivteils relativ zum Halteelement ausgelegt werden, da das Formschlusselement über die Aufnahme einen Formschluss zwischen dem Aktivteil und dem Halteelement herstellt. Auch dadurch können die Belastungen des Aktivteils und/oder des Halteelements infolge des Pressverbands besonders gering gehalten werden.
In vorteilhafter Ausgestaltung der Erfindung erstreckt sich das Formschlusselement schräg zur radialen Richtung, wobei vorzugsweise vorgesehen ist, dass das Formschlusselement gegenüber dem mit dem Halteelement unverbundenen Ausgangszustand des Aktivteils verformt ist. Wird beispielsweise das Aktivteil in das Halteelement eingepresst, so kann sich das Formschlusselement beim Eintauchen in die Aufnahme in axialer Richtung verbiegen und gegen den Boden vorspannen, so dass in radialer Richtung ein Toleranzausgleich geschaffen ist. Die Drehmomente zwischen dem Aktivteil und dem Halteelement können so durch Eingrabungen des Formschlusselements in den Boden auch in sehr großen Temperaturbereichen sicher übertragen werden.
Bei dem Halteelement kann es sich um ein Gehäuse der elektrischen Maschine handeln. Alternativ ist es möglich, dass es sich bei dem Halteelement um einen separat vom Gehäuse ausgebildeten Statorträger eines Stators der elektrischen Maschine handelt. Der Stator umfasst dabei auch das Aktivteil.
Das Aktivteil wird üblicherweise auch als Statorkern bezeichnet. Das Aktivteil ist bei einer Ausführungsform der Erfindung ein Blechpaket mit einer Mehrzahl von miteinander verbundenen Blechen oder einzelnen Blechlagen, welche in axialer Richtung aufgestapelt sind. Das Aktivteil kann dabei aus Vollschnitten einer Blechlage eines gesamten Statorquerschnitts bestehen. Das Blechpaket kann auch nach dem sogenannten Master-Segment-Verfahren oder einem anderen Brick-Wall-Schema aus sich gegenseitig überlappenden Segmenten aufgebaut sein. Ferner ist es möglich, dass das Blechpaket aus ganzen Einzelsegmenten gebildet ist, die zuerst mittels Blechpaketierung zu einem Segment aufgebaut sind, um dann die Segmente in Umfangsrichtung zu dem Blechpaket zusammenzufügen. Hierbei kann es sich um ein Einzelzahnsegment oder ein in Umfangsrichtung in 2, 3, 4 oder mehrere Teile zerlegtes Segment handeln.
Die elektrische Maschine kann als Innenläufer-Maschine ausgebildet sein, bei welcher ein um eine Drehachse relativ zum Stator und somit relativ zum Aktivteil drehbarer Rotor in radialer Richtung zumindest teilweise außenumfangsseitig von dem Stator umgeben ist. Die elektrische Maschine kann auch als Außenläufer-Maschine ausgebildet sein, bei welcher der um die Drehachse feste Stator in radialer Richtung außenumfangsseitig von dem um die Drehachse relativ zu dem Stator drehbaren Rotor umgeben ist.
In vorteilhafter Ausgestaltung der Erfindung ist das Formschlusselement an wenigstens einem der Bleche vorgesehen. Vorzugsweise ist das Formschlusselement durch wenigstens eines der Bleche gebildet. Bei dem Formschlusselement kann es sich um eine Lasche des Bleches handeln, welche gegenüber in Umfangsrichtung an die Lasche angrenzenden Außenumfangsbereichen in radialer Richtung oder schräg erhaben ist, d. h. in radialer Richtung oder schräg dazu von den sich an die Lasche anschließenden Außenumfangsbereichen absteht.
Weitere Vorteile, Merkmale und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung bevorzugter Ausführungsbeispiele sowie anhand der Zeichnung. Die vorstehend in der Beschreibung genannten Merkmale und Merkmalskombinationen sowie die nachfolgend in der Figurenbeschreibung genannten und/oder in den Fig. alleine gezeigten Merkmale und Merkmalskombinationen sind nicht nur in der jeweils angegebenen Kombination, sondern auch in anderen Kombinationen oder in Alleinstellung verwendbar, ohne den Rahmen der Erfindung zu verlassen.
Die Zeichnung zeigt in:
1 eine schematische Perspektivansicht zweier Ausführungsformen eines als Blechpaket ausgebildeten Aktivteils zum Führen eines magnetischen Felds einer elektrischen Maschine;
2 eine schematische Vorderansicht einer weiteren Ausführungsform eines Aktivteils gemäß 1;
3 eine schematische Längsschnittansicht eines Befestigungselements in Form eines Gehäuses der elektrischen Maschine, mit welchem das Aktivteil gemäß 2 in Umfangsrichtung des Aktivteils zu verbinden ist;
4 ausschnittsweise eine schematische Längsschnittansicht einer Verbindungsanordnung einer Ausführungsform des Aktivteils gemäß 2 mit dem Gehäuse gemäß 3;
5 ausschnittsweise eine schematische Längsschnittansicht einer Verbindungsanordnung einer weiteren Ausführungsform des Aktivteils gemäß 4 mit dem Gehäuse; und
6 ausschnittsweise eine schematische Draufsicht einer weiteren Ausführungsform des Aktivteils.
1 zeigt zwei Ausführungsformen eines Blechpakets 10 einer elektrischen Maschine. Das jeweilige Blechpaket 10 umfasst eine Mehrzahl von Blechen oder Blechlagen, welche in axialer Richtung des Blechpakets 10 aufeinander gestapelt und miteinander verbunden sind. Das Blechpaket 10 ist ein sogenanntes Aktivteil zum Führen eines magnetischen Felds der elektrischen Maschine. Das Aktivteil wird auch als Statorkern bezeichnet und ist einem Stator der elektrischen Maschine zugeordnet. Die elektrische Maschine kann beispielsweise in einem Motorbetrieb als Elektromotor und/oder in einem Generatorbetrieb als Generator betrieben werden und insbesondere in einem Kraftwagen, beispielsweise einem Personenkraftwagen, zum Einsatz kommen.
Im Motorbetrieb kann die elektrische Maschine den Kraftwagen antreiben, während sie im Generatorbetrieb beim Abbremsen des Kraftwagens kinetische Energie desselbigen in elektrische Energie umwandeln kann. Diese elektrische Energie kann dann direkt einem elektrischen Verbraucher oder einer elektrischen Speichereinrichtung, insbesondere in einer Batterie, zugeführt werden. Dies bedeutet, dass die elektrische Maschine in elektrifizierten Antriebssträngen von Kraftwagen verwendet werden kann. Das Blechpaket 10 weist Befestigungselemente 11 auf, auf welche Statorspulen des Stators aufgewickelt werden können. Die Statorspulen dienen zum Erzeugen des magnetischen Felds.
Die elektrische Maschine umfasst auch einen Rotor, welcher in 1 bis 6 nicht dargestellt ist und welcher um eine Drehachse relativ zum Stator und somit relativ zum Blechpaket 10 drehbar ist. Der Rotor ist dabei zumindest im Wesentlichen konzentrisch zum Blechpaket 10 angeordnet und wird beispielsweise im Motorbetrieb über das Blechpaket 10 angetrieben. Die elektrische Maschine umfasst auch ein Gehäuse 12 (3), in welchem das Blechpaket 10 und der Rotor aufgenommen sind. Um nun das Blechpaket 10 bei Drehmomentübertragungen zwischen dem Blechpaket 10 und dem Rotor gegen eine unerwünschte Verdrehung um die Drehachse relativ zu dem Gehäuse 12 abzustützen, ist eine aus einer Zusammenschau der 2 bis 6 erkennbare Verbindungsanordnung des Blechpakets 10 mit dem Gehäuse 12 vorgesehen.
Bei dieser Verbindungsanordnung ist das Blechpaket 10 (Aktivteil) zum Führen des magnetischen Felds über Formschlussverbindungen in durch einen Richtungspfeil 14 angedeuteter Umfangsrichtung des Blechpakets 10 drehfest mit dem Gehäuse 12 verbunden. Das Gehäuse 12 dient somit als Halteelement für das Blechpaket 10, damit sich dieses nicht relativ zu dem Gehäuse 12 um die Drehachse dreht.
Die jeweiligen Formschlussverbindungen umfassen dabei jeweils eine Aufnahme in Form einer jeweiligen Nut 16 am Gehäuse 12 sowie wenigstens ein zur jeweiligen Nut 16 korrespondierendes, jeweiliges Formschlusselement in Form einer Lasche 18 am Blechpaket 10. Die Laschen 18 sind gegenüber einer sich in Umfangsrichtung an die Laschen 18 anschließenden, außenumfangsseitigen Mantelfläche 20 erhaben und stehen ausgehend von der außenumfangsseitigen Mantelfläche 20 in radialer Richtung oder schräg dazu nach außen ab.
In mit dem Gehäuse 12 verbundenem Zustand – der in 4 und 5 ausschnittsweise dargestellt ist – greifen die Laschen 18 zumindest bereichsweise in die korrespondierenden Nuten 16 im Gehäuse 12 ein, wobei die Laschen 18 an einem jeweiligen, die jeweilige Nut 16 in radialer Richtung begrenzenden Boden 22 der zugehörigen Nut 16 anliegen. Mit anderen Worten sind die Laschen 18 länger als die korrespondierenden Nuten 16 in radialer Richtung tief sind. Die Nuten 16 erstrecken sich dabei – wie insbesondere 3 zu entnehmen ist – in axialer Richtung in dem Gehäuse 12, so dass zum Verbinden des Blechpakets 10 mit dem Gehäuse 12 das Blechpaket 10 in axialer Richtung in das Gehäuse 12 eingeschoben wird. Dabei werden auch die Laschen 18 in die korrespondierenden Nuten 16 eingeschoben. Bei diesem Einschieben des Blechpakets 10 in das Gehäuse 12 kommen die Laschen 18 in Stützanlage mit dem jeweiligen Boden 22, so dass auf die Laschen ein in 4 und 5 durch einen Momentenpfeil M angedeutetes Drehmoment wirkt, welches die den Boden 22 kontaktierenden Laschen 18 umbiegt, so dass die Laschen 18 zumindest mit einer axialen Richtungskomponente in der Nut 16 an deren Boden 22 zum Liegen kommen.
Die in Umfangsrichtung des Blechpakets 10 und des Gehäuses 12 durch jeweilige Seitenwandungen begrenzten Nuten 16 bilden mit den jeweiligen Laschen 18 formschlüssige Verbindungen aus, über die das Blechpaket 10 mit dem Gehäuse 12 drehfest verbunden ist.
Zusätzlich zu dieser formschlüssigen Verbindung kann eine Presspassung, d. h. ein sogenannter Pressverband, zwischen dem Blechpaket 10 und dem Gehäuse 12 vorgesehen sein, wobei das Blechpaket 10 in axialer Richtung in das Gehäuse 12 in durch einen Richtungspfeil 24 angedeuteter, axialer Richtung eingepresst wird.
Der Pressverband kann beispielsweise eine axiale Lagesicherung des Blechpakets 10 relativ zum Gehäuse 12 gewährleisten. Der Pressverband muss damit nicht mehr gegen eine Verdrehung des Blechpakets 10 relativ zum Gehäuse 12 ausgelegt werden, weil die Formschlussverbindungen mit den Laschen 18 und den Nuten 16 eine solche, formschlüssige Verdrehsicherung gewährleisten. Dadurch ist das Blechpaket 10 mit dem Gehäuse 12 besonders fest verbunden. Gleichzeitig können Belastungen auf das Gehäuse 12 und das Blechpaket 10, bewirkt durch den Pressverband sowie durch Temperaturänderungen im Zusammenspiel mit dem Pressverband, besonders gering gehalten oder vermieden werden.
4 und 5 veranschaulichen die Montage des Blechpakets 10 im Gehäuse 12, wobei hier bezogen auf die jeweilige Bildebene der 4 und 5 das Gehäuse 12 von oben nach unten über das Blechpaket 10 unter Aufbringung einer durch einen Kraftpfeil P₁ veranschaulichten Druckkraft gepresst wird. Alternativ dazu kann das Blechpaket 10 von unten nach oben in das Gehäuse 12 eingepresst werden. Beim Einpressen des Blechpakets 10 in das Gehäuse 12 werden die Laschen 18 beim Eintauchen in die jeweiligen Nuten 16 in axialer Richtung verbogen und werden gegen den Boden 22, welcher auch als Nutgrund bezeichnet wird, vorgespannt, was durch einen Kraftpfeil P₂ angedeutet ist. Dadurch kann ein radialer Toleranzausgleich geschaffen werden.
4 zeigt eine Ausführungsform des Blechpakets 10, wobei die einzelnen Blechlagen des Blechpakets 10 besonders gut zu erkennen sind. Das Blechpaket 10 ist in axialer Richtung aus den Blechlagen aufgebaut, wobei hier jede der Blechlagen eine jeweilige Lasche 18 aufweist. Dadurch ist durch die Laschen 18 an jeder der Blechlagen ein durchgängiger Überstand gebildet, der eine Kraft zur Drehsicherung auf alle Blechlagen zumindest im Wesentlichen gleich verteilt. Dabei liegen die Blechlagen aneinander an und verstärken sich gegenseitig gegen das Verbiegen beim Einpressen.
In 4 ist auch eine der Laschen 18 in ihrem unverformten Zustand gestrichelt dargestellt. Diesen unverformten Zustand nimmt die Lasche 18 beispielsweise in einem mit dem Gehäuse 12 (Halteelement) unverbundenen Zustand des Blechpakets 10 ein, in dem es noch nicht zu einer Verformung der Laschen 18 gekommen ist. Wie der gestrichelten Darstellung besonders gut zu entnehmen ist, sind die Laschen 18 in ihrem unverformten Zustand in radialer Richtung länger als die jeweiligen, korrespondierenden Nuten 16 in radialer Richtung tief sind.
5 zeigt eine weitere Ausführungsform des Blechpakets 10, wobei bezogen auf eine der Nuten 16 nicht alle der Blechlagen eine jeweilige Lasche 18 aufweisen, die in dieser Nut 16 aufgenommen sind. Bezogen auf diese eine Nut 16 weist in axialer Richtung des Blechpakets 10 nur jede N-te Blechlage eine in diese eine Nut 16 eingreifende Lasche auf, wobei N eine positive ganze Zahl größer als 1 bezeichnet. N kann hierbei beispielsweise 4 betragen. Dies bedeutet, dass nur jede 4. Blechlage eine in diese eine Nut 16 eingreifende Lasche 18 aufweist. N kann auch 2 betragen, so dass sich in axialer Richtung eine Blechlage mit einer in diese eine Nut 16 eingreifenden Lasche 18 mit einer Blechlage ohne eine in diese eine Nut 16 eingreifende Lasche 18 abwechselt.
Alternativ dazu kann vorgesehen sein, dass auf der gesamten, axialen Länge des Blechpakets 10 lediglich zwei oder drei in diese eine Nut 16 eingreifende Laschen 18 vorgesehen sind. Hierbei kann beispielsweise eine Lasche 18 an einem ersten axialen Ende des Blechpakets 10 und eine weitere Lasche 18 an einem dem ersten axialen Ende gegenüberliegenden, zweiten axialen Ende des Blechpakets 10 vorgesehen sein. Eine dritte Lasche 18 kann in axialer Richtung zwischen der ersten und der zweiten Lasche 18 vorgesehen und beispielsweise zumindest im Wesentlichen mittig angeordnet sein.
Vorteilhafterweise ist das Blechpaket 10 mittels einer Stanzform durch Stanzen hergestellt. Dadurch kann das Blechpaket 10 besonders zeit- und kostengünstig hergestellt werden. Sind dabei beispielsweise vier Nuten 16 des Gehäuses 12 vorgesehen, welche in Umfangsrichtung voneinander beabstandet und zumindest im Wesentlichen gleichmäßig verteilt angeordnet sind, so dass die Nuten 16 paarweise zumindest im Wesentlichen gleich und bei vier Nuten 16 um zumindest im Wesentlichen 90° voneinander beabstandet sind, so kann beispielsweise jede der Blechlagen mit nur einer Lasche 18 ausgebildet werden, wobei wenigstens vier der Blechlagen in axialer Richtung aufeinander gestapelt und paarweise bezogen auf ihre jeweilige Lasche 18 um 90° verdreht zueinander angeordnet werden.
Dadurch weist das Blechpaket 10 wenigstens vier Laschen 18 auf, welche in Umfangsrichtung des Blechpakets 10 paarweise um 90° voneinander beabstandet sind. Diese Laschen 18 korrespondieren dann zu den vier Nuten 16, so dass in jeder der Nuten 16 wenigstens eine Lasche 18 angeordnet ist, wobei die Laschen 18 jeweils durch eine jeweilige Blechlage des Blechpakets 10 gebildet sind. Bezogen auf eine dieser Nuten 16 existiert dann wenigstens eine Blechlage mit einer in diese eine Nut 16 eingreifenden Lasche 18 und wenigstens drei Blechlagen, die keine in diese eine Nut 16 eingreifende Lasche 18 aufweisen. Analoges kann auf zwei Nuten 16 im Gehäuse 12 übertragen werden, welche beispielsweise um 180° voneinander beabstandet sind.
Wenigstens zwei der Blechlagen des Blechpakets 10 werden dann bezogen auf ihre jeweiligen Laschen um 180° zueinander verdreht angeordnet, so dass die Lasche 18 einer ersten der Blechlagen in eine erste der Nuten 16 eingreift, während die Lasche 18 der zweiten Blechlage in die zweite Nut 16 eingreift. Bezogen auf eine der Nuten 16 folgt dann auf eine Blechlage mit einer in diese eine Nut eingreifenden Lasche 18 eine Blechlage ohne in diese eine Nut 16 eingreifende Lasche 18.
Alternativ dazu ist es möglich, zum Herstellen der Blechlagen wenigstens zwei Stanzformen zu verwenden, wobei mittels einer ersten der Stanzformen Blechlagen mit wenigstens einer Lasche 18 ausgebildet werden, während mit der zweiten Stanzform Blechlagen des Blechpakets 10 ohne Laschen 18 ausgebildet werden. Diese Blechlagen mit Laschen 18 und diese Blechlagen ohne Laschen 18 werden dann in axialer Richtung aufeinander gestapelt. Hierdurch sind insbesondere asymmetrische Laschen- und/oder Nutenanordnungen in Umfangsrichtung des Blechpakets 10 und des Gehäuses 12 darstellbar, so dass eine vorgebbare Ausrichtung des Blechpakets 10 in Umfangsrichtung relativ zum Gehäuse 12 realisiert werden kann.
6 zeigt eine weitere Ausführungsform einer Blechlage und somit eines Blechpakets 10 gemäß 1 bis 5. Wie 6 zu entnehmen ist, schließen sich in Umfangsrichtung an die Lasche 18 beidseitig Ausnehmungen 26 des Blechpakets 10 bzw. der Blechlage an, über die die Lasche 18 von der übrigen Blechlage in Umfangsrichtung beabstandet ist. Die Ausnehmungen 26 sind beispielsweise durch radiale Einschnitte gebildet. Durch das Vorsehen der Ausnehmung 26 werden die Laschen 18 bezogen auf die radiale Richtung nicht auf Höhe der außenumfangsseitigen Mantelfläche 20, sondern in radialer Richtung weiter innen umgebogen.
Mit anderen Worten ist durch das Vorsehen der Ausnehmungen 26 im Vergleich zu dem Blechpaket 10 ohne die Ausnehmungen 26 ein Umbiegepunkt oder eine Umbiegeachse der jeweiligen Lasche 18 in radialer Richtung nach innen verlagert. Dadurch kann das Gehäuse 12 mit besonders geringen Wanddicken ausgefüllt werden, was zu einem geringen Gewicht und zu einem geringen Bauraumbedarf des Gehäuses 12 führt. Des Weiteren ist eine Biegung der Laschen 18 als Umbiegung an einem Punkt mit sonstigem gradlinigen Verlauf möglich. Ferner ist eine Umbiegung entlang der Länge der Lasche 18 zu einem Bogen möglich.
Durch das Vorsehen der Ausnehmungen 26 beginnt die Laschengeometrie bereits innerhalb eines Grundkörperdurchmessers der Blechlage. Dadurch kann der radiale Bauraumbedarf im Gehäuse 12 sehr gering gehalten werden, da die Toleranzkette im vorliegenden Fall nach innen gelegt wird. Durch die Nutzung der elastischen Biegelänge innerhalb des Grundkörperdurchmessers der Blechlage kann die Lasche 18 in ihrer Steifigkeit optimiert werden.
Je nach Überlänge der Laschen 18 gegenüber der Tiefe der Nuten 16 kommt es zu einer entsprechenden Verbiegung der Laschen 18. Bei einer nur relativ geringen Verbiegung kommt es zu einer nur geringen axialen Erstreckung. Bei einer demgegenüber starken Verbiegung kommt es zu einer fast vollständigen Umbiegung der Laschen 18, so dass sich zumindest nahezu die gesamte Länge der Lasche 18 in der korrespondierenden Nut 16 in axialer Richtung erstreckt. In diesem Fall ist es von Vorteil, dass nur wenige Laschen 18 in axialer Richtung in der Nut 16 angeordnet sind, so dass sich zwischen zwei in der Nut 16 angeordneten Laschen 18 viele Blechlagen ohne eine Lasche 18 befinden. Diese Blechlagen ohne eine Lasche 18 werden dann von einer umgebogenen Lasche 18 überdeckt. Diese Beabstandung der Laschen 18 in axialer Richtung durch die Blechlagen ohne eine entsprechende Lasche 18 gewährleistet, dass sich die Laschen 18 bei ihrer Umbiegung nicht gegenseitig behindern.
Die Laschen 18 weisen jeweils einen dem Boden 22 zugewandten, ersten Wandungsbereich 28 auf, an welchen sich beidseitig jeweilige, zweite Wandungsbereiche 30, 32 anschließen, welche sich vorliegend in radialer Richtung von dem ersten Wandungsbereich 28 weg nach innen hin erstrecken. Dabei kann vorgesehen sein, dass der erste Wandungsbereich 28 mit dem Wandungsbereich 30 und/oder mit dem Wandungsbereich 32 einen Winkel von zumindest im Wesentlichen 90° anschließt. Mit anderen Worten können die Laschen 18 im Bereich des ersten Wandungsbereichs 28 zumindest im Wesentlichen rechteckförmig ausgebildet sein.
Wie in 6 dargestellt ist, kann alternativ dazu vorgesehen sein, dass die zweiten Wandungsbereiche 30, 32 jeweils mit dem ersten Wandungsbereich 28 einen von 90° unterschiedlichen Winkel einschließen. So ist es alternativ möglich, dass die Laschen 18 gemäß 6 zumindest im Wesentlichen trapezförmig oder dergleichen ausgebildet sind, wobei der Wandungsbereich 30 in radialer Richtung länger ist als der Wandungsbereich 32. Vorzugsweise gewährleistet hierbei der längere Wandungsbereich 30 die Verdrehsicherung des Blechpakets 10 zum Gehäuse 12 in Hauptdrehrichtung des Stators. Dadurch ist eine material- und gewichtsgünstige Herstellung des Blechpakets 10 bzw. der gesamten elektrischen Maschine möglich. Darüber hinaus ist dadurch ein leichtes Einpressen möglich, da sich die schräge Form der Lasche 18 besonders leicht in die Nut 16 einfügen lässt. Ferner ist dadurch Bauraum für andere Laschen 18 in dieser Nut 16 geschaffen. Alternativ oder zusätzlich ist es möglich, dass sich die Laschen 18 in radialer Richtung zum Boden 22 hin verjüngen, was das Einfügen der Laschen 18 in die Nut 16 erleichtern kann.
Diese von der Rechteckform unterschiedliche Ausgestaltung der Lasche 18 gewährleistet auch eine sehr vorteilhafte Schneidengeometrie der Lasche 18, so dass sich die Lasche 18 sehr gut in die Nut 16 und insbesondere in den Boden 22 eingraben und für eine feste Verbindung sorgen kann.
Zur Darstellung eines vorteilhaften Stanzens sowie zur Materialschonung sind Ecken der Stanzform leicht abgerundet, damit beim Stanzen keine scharfen Kanten und/oder Ecken entstehen und so ein Einreißen oder Abbrechen der Laschen 18 beim Umbiegen verhindert ist.
Die anhand der 1 bis 6 veranschaulichte Verbindungsanordnung des Blechpakets 10 mit dem Gehäuse 12 kann auch auf ein anderweitiges Halteelement, insbesondere einen vom Gehäuse 12 separat ausgebildeten Statorträger, übertragen werden. Darüber hinaus kann die Verbindungsanordnung für alle elektrischen Maschinen verwendet werden, so auch für Außenläufer-Maschinen oder für Innenläufer-Maschinen. Die Verbindungsanordnung ist für segmentierte Blechpakete mit Einzelzahnsegmenten, für Vollschnitte oder für im Brick-Wall-Verfahren hergestellte Blechpakete anwendbar. Die elektrische Maschine kann insbesondere als eine getriebeintegrierte elektrische Maschine oder auch als separate elektrische Maschine in einem Antriebsstrang eines Kraftwagens verwendet werden. Die elektrische Maschine kann dabei in Hybrid-Fahrzeugen, in Elektrofahrzeugen, in Fahrzeugen mit Range Extender sowie in anderweitigen Fahrzeugen verwendet werden.
Bezugszeichenliste

10: Blechpaket
11: Befestigungselement
12: Gehäuse
14: Richtungspfeil
16: Nut
18: Lasche
20: außenumfangsseitige Mantelfläche
22: Boden
24: Richtungspfeil
26: Ausnehmung
28: erster Wandungsbereich
30: zweiter Wandungsbereich
32: zweiter Wandungsbereich
M: Momentenpfeil
P₁: Kraftpfeil
P₂: Kraftpfeil

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 1860753 A2 [0002]

Claims

Verbindungsanordnung eines Aktivteils (10) zum Führen eines magnetischen Felds einer elektrischen Maschine an einem korrespondierenden Halteelement (12) der elektrischen Maschine, bei welcher das Aktivteil (10) und das Halteelement (12) über wenigstens eine Formschlussverbindung, welche zumindest eine Aufnahme (16) und zumindest ein korrespondierendes, zumindest teilweise in der Aufnahme (16) aufgenommenes Formschlusselement (18) umfasst, in Umfangsrichtung (14) des Aktivteils (10) drehfest miteinander verbunden sind, dadurch gekennzeichnet, dass das Formschlusselement (18) an einem die Aufnahme (16) in radialer Richtung begrenzenden Boden (22) der Aufnahme (16) anliegt.
Verbindungsanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass sich das Formschlusselement (18) schräg zur radialen Richtung erstreckt.
Verbindungsanordnung Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Formschlusselement (18) gegenüber einem mit dem Halteelement (12) unverbundenen Ausgangszustand des Aktivteils (10) verformt ist.
Verbindungsanordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Halteelement (12) ein Gehäuse (12) oder ein vom Gehäuse (12) separat ausgebildeter Statorträger der elektrischen Maschine ist.
Verbindungsanordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Aktivteil (10) ein Blechpaket (10) mit einer Mehrzahl von miteinander verbundenen Blechlagen ist, wobei das Formschlusselement (18) an wenigstens einer der Blechlagen vorgesehen, insbesondere durch wenigstens eine der Blechlagen gebildet, ist.
Verbindungsanordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Aktivteil (10) und das Halteelement (12) über wenigstens eine zweite Formschlussverbindung, welche zumindest eine zweite, in Umfangsrichtung (14) von der ersten Aufnahme (16) beabstandete Aufnahme (16) und zumindest ein zweites korrespondierendes, in Umfangsrichtung (14) von dem ersten Formschlusselement (18) beabstandetes und zumindest teilweise in der zweiten Aufnahme (16) aufgenommenes Formschlusselement (18) umfasst, in Umfangsrichtung (14) des Aktivteils (10) drehfest miteinander verbunden sind, wobei das zweite Formschlusselement (18) an einem die zweite Aufnahme (16) in radialer Richtung begrenzenden, zweiten Boden (22) der zweiten Aufnahme (16) anliegt.
Verbindungsanordnung nach den Ansprüchen 5 und 6, dadurch gekennzeichnet, dass das erste Formschlusselement (18) an einer ersten der Blechlagen und das zweite Formschlusselement (18) an einer zweiten der Blechlagen vorgesehen ist.
Verbindungsanordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Formschlusselement (18) an dem Aktivteil (10) vorgesehen ist, wobei sich in Umfangsrichtung (14) an das Formschlusselement (18) beidseitig Ausnehmungen (26) des Aktivteils (10) anschließen, über welche das Formschlusselement (18) vom übrigen Aktivteil (10) in Umfangsrichtung (14) beabstandet ist.
Verbindungsanordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Formschlusselement einen dem Boden der Aufnahme zugewandten, ersten Wandungsbereich aufweist, an welchen sich beidseitig jeweilige, zweite Wandungsbereiche anschließen, wobei die zweiten Wandungsbereiche jeweils mit dem ersten Wandungsbereich einen von 90 Grad unterschiedlichen Winkel einschließt.