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Die Erfindung bezieht sich auf eine elektrische Maschine, insbesondere einen Elektromotor, nach dem Oberbegriff des Anspruches 1.
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Stand der Technik
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Bekannt sind Elektromotoren mit einem Motorgehäuse, an dessen Innenseite eine Reihe von bestrombaren Spulen angeordnet sind, die um eine zentrale Ausnehmung zur Aufnahme eines Rotors gruppiert sind. Die Spulen, welche gemeinsam mit dem Motorgehäuse den Starter bilden, werden über Stromkabel mit Strom versorgt, welche zwischen der Stirnseite des Motorgehäuses und einem stirnseitig aufgesetzten Lagerschild zu den Spulen im Gehäuseinneren geführt werden.
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Bei der Montage und im Betrieb des Elektromotors ist darauf zu achten, dass keine unzulässig hohen Zugkräfte auf die Stromkabel wirken, die zu einer Beschädigung bzw. zum Lösen der Stromkabel aus ihrer Verankerung am Elektromotor führen könnten.
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Offenbarung der Erfindung
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, mit einfachen konstruktiven Maßnahmen eine elektrische Maschine so auszubilden, dass die Stromkabel, welche zur Stromversorgung dienen, sicher am Motorgehäuse gehalten sind.
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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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Die elektrische Maschine, die beispielsweise als Stellmotor in einem Kraftfahrzeug oder als Generator eingesetzt werden kann, weist ein Gehäuse und einen stirnseitig auf das Gehäuse aufsetzbaren Lagerschild auf, über den die elektrische Maschine mit einem weiteren Bauteil, beispielsweise der Karosserie eines Fahrzeugs verbunden werden kann. In die elektrische Maschine sind Spulen eingesetzt, welche über Stromkabel mit Strom versorgt werden. Die Spulen sind insbesondere Teil des Stators der elektrischen Maschine und befinden sich an der Innenwand des Motorgehäuses. Die Stromkabel können gegebenenfalls aber auch zur Strom- bzw. Spannungsversorgung von Spulen auf einem rotierenden Anker in der elektrischen Maschine dienen, wobei zwischen den Enden der Stromkabel und den Spulen auf dem Anker eine Kommutierungseinrichtung zur Stromübertragung und -wendung liegt.
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Die Stromkabel sind in einem Kabelbefestigungsteil aufgenommen, das zwischen dem Motorgehäuse und dem Lagerschild angeordnet ist. Das Kabelbefestigungsteil klemmt den Isoliermantel der Stromkabel fest und fixiert diesen in Achsrichtung der Stromkabel. Das Kabelbefestigungsteil nimmt somit auf die Stromkabel wirkende Zugkräfte auf und leitet diese auf das Motorgehäuse bzw. den Lagerschild weiter. Dadurch wird vermieden, dass sich die Stromkabel im Gehäuseinneren aus ihrer Verankerung bzw. dem Kontakt mit Strom leitenden Bauteilen wie zum Beispiel Kontaktfahnen lösen, über die die Spulen mit Strom versorgt werden. Das Kabelbefestigungsteil ist stabil genug aufgebaut und übt ausreichend große Klemmkräfte auf den Isoliermantel der Stromkabel aus, um diese an dem Kabelbefestigungsteil zu fixieren, so dass die üblichen, bei der Montage und dem Betrieb auftretenden Zugkräfte auf die Stromkabel sicher in das Gehäuse geleitet werden.
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Vorteilhaft ist des Weiteren, dass die Aufnahme in dem Kabelbefestigungsteil dicht, insbesondere strömungsdicht gestaltet werden kann, so dass ein Eindringen von Schmutz und Feuchtigkeit über die Aufnahmen in dem Kabelbefestigungsteil in das Gehäuseinneren verhindert wird.
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Das Kabelbefestigungsteil nimmt alle drei Stromkabel auf, welche für die Stromversorgung erforderlich sind. Die Aufnahmen für jedes Stromkabel sind gleich aufgebaut und klemmen das jeweilige Stromkabel im Bereich des Isoliermantels fest.
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Der Isoliermantel jedes Stromkabels besteht aus einem elektrisch isolierenden Material, insbesondere Kunststoff, und wird vorteilhafterweise über mindestens ein Formschlusselement, beispielsweise eine Pressrippe im Kabelbefestigungsteil festgeklemmt. Die Pressrippe dringt beim Einsetzen der Stromkabel in das Kabelbefestigungsteil in den Isoliermantel ein, so dass in Achsrichtung des Stormkabels eine formschlüssige Verbindung zwischen dem Isoliermantel und dem Kabelbefestigungsteil gegeben ist. Die Pressrippe kann sich über den gesamten Umfang des Stromkabels erstrecken oder, gemäß alternativer Ausführung, nur über einzelne Segmente, beispielsweise in Form mehrerer radial nach innen einragender Zacken an der Aufnahme des Kabelbefestigungsteils.
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Die Pressrippe steht über die Innenwandung der Aufnahme radial über, wobei das Maß des radialen Überstandes so bemessen ist, dass der Isoliermantel in Radialrichtung nur teilweise durchdrungen wird, um eine Verletzung des Isoliermantels bis zum Strom führenden Leiter zu vermeiden. Es kann zweckmäßig sein, in axialem Abstand mehrere Pressrippen oder ähnliche Formschlusselemente am Kabelbefestigungsteil vorzusehen, wodurch sich die axialen Fixierkräfte auf verschiedene axiale Positionen verteilen.
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Alternativ zu einem Eindringen der Pressrippe bzw. des Formschlusselementes in den Isoliermantel des Stromkabels kommt auch ein Festklemmen ohne Eindringen und Verletzung des Isoliermantels in Betracht. Beispielsweise kann die Aufnahme im Kabelbefestigungsteil mit einer reibungserhöhenden Oberfläche versehen sein, wobei das Stromkabel in der Aufnahme mit einer Klemmkraft beaufschlagt wird, welche das Stromkabel axial fixiert.
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Gemäß einer zweckmäßigen Ausführung ist das Kabelbefestigungsteil zweiteilig ausgeführt und umfasst ein Oberteil und ein Unterteil, zwischen denen die Stromkabel aufgenommen sind. Ober- und Unterteil bilden jeweils einen Teil der Aufnahme für ein Stromkabel, das im montierten Zustand vorteilhafterweise ringsum von der Aufnahme umschlossen ist, um einen dichten Abschluss und eine gleichmäßige Kraftverteilung zwischen dem Kabelbefestigungsteil und dem Isoliermantel der Stromkabel zu erreichen. Hierbei ist es zweckmäßig, dass das Oberteil und das Unterteil jeweils eine halbkreisförmige Aufnahme aufweisen, die im montierten Zustand zu einer ringförmig geschlossenen Aufnahme pro Stromkabel zusammengesetzt sind.
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Das Oberteil und das Unterteil sind mit dem Lagerschild bzw. dem Motorgehäuse verbunden und insbesondere jeweils formschlüssig mit dem Lagerschild bzw. Motorgehäuse gekoppelt. Der Formschluss besteht hierbei zweckmäßigerweise in Radialrichtung, in Umfangsrichtung und aufgrund der Anordnung in einem Zwischenraum zwischen Motorgehäuse und Lagerschild auch in Achsrichtung der elektrischen Maschine. Der Formschluss wird beispielsweise dadurch hergestellt, dass das Oberteil, welches in eine Ausnehmung im Lagerschild eingesetzt ist, nach dem Nut-Feder-Prinzip entlang einer oder mehrerer Außenseiten einen überstehenden Vorsprung aufweist, der in eine zugeordnete Nut in der die Ausnehmung begrenzenden Wandung des Lagerschilds einragt. Der Vorsprung am Oberteil bildet hierbei eine einteilig mit dem Oberteil ausgebildete Halterippe. Das Unterteil, welches mit dem Motorgehäuse verbunden ist, weist beispielsweise über die Außenseite überstehende Pins bzw. Zapfen auf, die in zugeordnete Ausnehmungen an der Stirnseite des Motorgehäuses einragen.
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Oberteil und Unterteil sind zweckmäßigerweise im montierten Zustand formschlüssig miteinander verbunden. Hierzu sind am Ober- und am Unterteil jeweils Formschlusselemente vorgesehen, die ineinandergreifen, wobei die Formschlusselemente beispielsweise als elastische Clipverbindung ausgeführt sind, bei der ein elastisches Clipelement eines Teils über einen Rasthaken am anderen Teil geschoben wird, bis eine Raststellung zwischen Clipelement und Rasthaken erreicht ist.
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Das Motorgehäuse ist als ein Metallgehäuse ausgeführt, der Lagerschild besteht beispielsweise aus Aluminium. Das Kabelbefestigungsteil ist vorzugsweise als ein Kunststoffbauteil ausgebildet.
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Bei der elektrischen Maschine handelt es sich beispielsweise um einen permanenterregten Synchronmotor.
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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 perspektivische Ansicht eines Elektromotors, der über drei Stromkabel mit Strom versorgt wird,
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2 eine Ausschnittvergrößerung aus dem Bereich der Zufuhr der Stromkabel in das Motorgehäuse des Elektromotors,
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3 in Explosionsdarstellung das Motorgehäuse und ein stirnseitig aufgesetzter Lagerschild mit einem zweiteiligen Kabelhalter zur Aufnahme der Stromkabel,
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4 in vergrößerter Darstellung die beiden Teile des Kabelhalters mit zwischenliegenden Stromkabeln,
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5 einen Schnitt durch das Motorgehäuse und den Lagerschild im Bereich der Kabelhalterung.
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In den Figuren sind gleiche Bauteile mit gleichen Bezugszeichen versehen.
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In 1 ist ein Elektromotor 1 dargestellt, der beispielhaft als permanenterregter Synchronmotor ausgebildet ist und zum Beispiel als Stellmotor in einem Kraftfahrzeug eingesetzt werden kann. Der Elektromotor 1 weist ein Motorgehäuse 2 auf, an dessen Stirnseite ein Lagerschild 3 angeordnet ist, über das der Elektromotor 1 mit einem weiteren Bauteil, beispielsweise der Fahrzeugkarosserie oder einem Getriebegehäuse verbunden werden kann. Am Lagerschild 3 befinden sich Dome 8 mit Befestigungsausnehmungen, über die der Lagerschild 3 mit dem weiteren Bauteil zu befestigen ist. An der Stirnseite des Motorgehäuses 2 sind radial nach außen weisende Befestigungsaugen angebracht, die mit den Befestigungsausnehmungen in den Domen 8 im Lagerschild fluchten und über die Lagerschild und Motorgehäuse miteinander zu verbinden sind.
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In den Lagerschild 3 ist eine zentrale Ausnehmung eingebracht, durch die die Motorwelle 4 des Elektromotors zum Anschluss an ein weiteres Bauteil, beispielsweise ein Getriebebauteil hindurchragt. Im Lagerschild 3 ist ein Lagersitz zur Aufnahme eines Lagers der Motorwelle 4 ausgeformt. Das Lagerschild 3 ist vorzugsweise aus Aluminium gefertigt.
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Die Stromversorgung erfolgt über Stromkabel 5a, 5b, 5c, die auf der dem Elektromotor 1 abgewandten Seite mit einem Steckverbindungsteil 6 zum Anschluss beispielsweise an eine Leistungselektronik verbunden sind. Die Stromkabel 5a, 5b, 5c sind motorseitig an einem Kabelbefestigungsteil 7 aufgenommen und gehalten, das zwischen dem Motorgehäuse 2 und dem Lagerschild 3 eingesetzt und fest mit dem Elektromotor 1 verbunden ist. In den Lagerschild 3 ist eine Ausnehmung 9 (3) eingebracht, in die das Kabelbefestigungsteil 7 eingesetzt ist.
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Wie 1 in Verbindung mit den weiteren Figuren zu entnehmen, ist das Kabelbefestigungsteil 7 zweiteilig aufgebaut und umfasst ein Oberteil 7a und ein Unterteil 7b, die formschlüssig ineinander steckbar sind. In das Oberteil 7a und das Unterteil 7b sind jeweils halbkreisförmige Kabeldurchlässe 10a, 10b eingebracht, die im montierten Zustand eine insgesamt kreisförmige Aufnahme für jeweils ein Stromkabel 5a, 5b bzw. 5c bilden. Das Oberteil 7a und das Unterteil 7b weisen jeweils drei nebeneinanderliegende, halbkreisförmige Kabeldurchlässe 10a, 10b auf.
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Die formschlüssige Verbindung zwischen dem Oberteil 7a und Unterteil 7b erfolgt über Formschlusselemente 11a, 11b, die einteilig mit dem jeweiligen Ober- bzw. Unterteil ausgebildet sind. Das Formschlusselement 11a am Oberteil 7a ist als ein Halteclip ausgeführt, der elastisch federnd ausgebildet ist und in montierter Lage einen Rastvorsprung 11b am Unterteil 7b form- bzw. rastschlüssig umgreift.
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Jedes Teil 7a, 7b des Kabelbefestigungsteils 7 ist außerdem formschlüssig mit dem Lagerschild 3 bzw. dem Motorgehäuse 2 verbunden. Das Oberteil 7a weist zu diesem Zweck an seiner Außenseite eine Halterippe 12 auf, die über die Außenseite übersteht und in eine zugeordnete Nut in der die Ausnehmung 9 im Lagerschild 3 begrenzenden Wandung formschlüssig einragt. Die Halterippe 12 erstreckt sich über die gesamte Länge an der Außen- bzw. Oberseite des Oberteils 7a und kann sich gegebenenfalls auch noch über beide Stirnseiten des Oberteils erstrecken.
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Die Formschlussverbindung zwischen dem Unterteil 7b und dem Motorgehäuse 2 erfolgt über Pins bzw. Zapfen 13 an der dem Motorgehäuse 2 zugewandten Außenseite des Unterteils 7b, wobei die Zapfen 13 in zugeordnete Ausnehmungen 14 an der Stirnseite des Motorgehäuses 2 einragen.
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Jedes Stromkabel 5 besteht aus einem Isoliermantel 15 und einem als Leiter 16 ausgebildeten, elektrisch leitenden Kern. Zur Fixierung der Stromkabel 5 im Kabelbefestigungsteil 7 werden bei der Montage die Stromkabel in die Kabeldurchlässe 10a, 10b im Ober- bzw. Unterteil eingesetzt und anschließend Ober- und Unterteil formschlüssig über die Formschlusselemente 11a, 11b miteinander verbunden. Ober- und Unterteil werden in die Ausnehmung 9 zwischen Motorgehäuse 2 und dem Lagerschild 3 formschlüssig eingesetzt und die freien Leiterenden 16 im Inneren des Motorgehäuses mit Anschluss- bzw. Kontaktfahnen elektrisch verbunden.
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Der Isoliermantel 15 besteht aus einem elektrisch isolierenden Kunststoffmaterial und wird in den Kabeldurchlässen 10a, 10b festgeklemmt und hierdurch in Achsrichtung der Stromkabel fixiert. Die Fixierung erfolgt über Pressrippen 17a, 17b (5), die in die Kabeldurchlässe 10a, 10b im Oberteil 7a bzw. Unterteil 7b eingebracht sind. Die Pressrippen 17a, 17b weisen einen spitz zulaufenden Querschnitt auf und dringen bei der Montage in den Isoliermantel 15 der Stromkabel ein. Vorteilhafterweise sind, wie 5 zu entnehmen, sowohl im Oberteil 7a als auch im Unterteil 7b jeweils zwei parallele, axial zueinander beabstandete Pressrippen 17a bzw. 17b angeordnet, die sich in Umfangsrichtung jeweils über einen Halbkreis erstrecken. Dadurch ist gewährleistet, dass im montierten Zustand die Pressrippen 17a, 17b jeweils über den gesamten Umfang in den Isoliermantel 15 einragen. In Radialrichtung – quer zur Längsachse der Stromkabel – erfolgt das Eindringen der Pressrippen 17a, 17b jedoch nur über einen Teil der Wandstärke des Isoliermantels 15, um ein Durchdringen bis zum Erreichen des innen liegenden Leiters 16 auszuschließen.
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Über die Pressrippen 17a, 17b werden die Stromkabel am Kabelbefestigungsteil 7 fixiert. Da das Kabelbefestigungsteil 7 formschlüssig mit dem Motorgehäuse 2 bzw. dem Lagerschild 3 verbunden ist, werden Zugkräfte, welche auf die Stromkabel wirken, über das Kabelbefestigungsteil in das Motorgehäuse bzw. den Lagerschild geleitet. Zugleich ist über das Kabelbefestigungsteil 7 gewährleistet, dass kein Schmutz und keine Feuchtigkeit in das Innere der elektrischen Maschine eindringen kann.
