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Die Erfindung bezieht sich auf eine Verschaltungsplatte eines Stators für eine elektrische Maschine, sowie auf eine elektrische Maschine und auf ein Verfahren zum Herstellen einer solchen Verschaltungsplatte nach der Gattung der unabhängigen Ansprüche.
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Stand der Technik
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Mit der
DE 10 2010 000 710 A1 ist ein Lagerschild einer elektrische Maschine bekannt geworden, das gleichzeitig als Verschaltungsplatte für die die elektrische Wicklung eines Stators dient. Die elektrische Wicklung ist dabei als Einzelzahnwicklung ausgebildet, bei der separat gefertigte Statorsegmente einzeln bewickelt werden und danach zu einem ringförmigen Stator zusammengesetzt werden. Jede Einzelzahnwicklung weist hier einen eigenen Wickeldrahtanfang und -ende auf, die durch Löcher im Lagerschild axial hindurchgeführt werden. Diese Drahtanfänge und -enden werden mit Leiterelementen verschweißt, damit die einzelnen Phasen über Anschluss-Stecker bestromt werden können.
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Bei dieser Ausführung sind die Leiterelemente in der Herstellung und in der Montage sehr aufwändig. Durch die erfindungsgemäße Lösung soll eine Verschaltungsplatte geschaffen werden, bei der die Anschluss-Stecker bei deren Verbinden mit kundenspezifischen Steckern sicher geführt werden, wobei die Verschaltungsplatte unabhängig von dem Lagerschild montierbar sein soll.
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Offenbarung der Erfindung
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Vorteile der Erfindung
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Die erfindungsgemäße Vorrichtung und das erfindungsgemäße Verfahren mit den Merkmalen der unabhängigen Ansprüche haben dem gegenüber den Vorteil, dass durch die Ausbildung der Halteelemente für die Anschluss-Stecker als einstückig an die Kunststoffplatte angeformte axiale Fortsätze die Anschluss-Stecker beim Aufstecken der Verbindungsstecker sehr zuverlässig in alle Raumrichtungen abgestützt werden. Dabei sind sowohl der Kunststoffkörper der Verschaltungsplatte als auch die darauf befestigten Leiterelemente mit deren integrierten Anschluss-Steckern sehr einfach und kostengünstig herstellbar und montierbar.
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Durch die in den abhängigen Ansprüchen aufgeführten Maßnahmen sind vorteilhafte Weiterbildungen und Verbesserungen der in den unabhängigen Ansprüchen vorgegebenen Ausführungen möglich. Die Leiterelemente werden vorteilhaft aus einem Metallblech ausgestanzt, wobei die Anschluss-Stecker derart umgebogen werden, dass diese sich in Axialrichtung der Rotorwelle erstrecken. Dabei erstreckt sich das ebene Blech der Anschluss-Stecker quer zur Umfangsrichtung, wohingegen der Rest der abgewinkelten Leiterelemente sich flächig in einer Ebene quer zur Rotorwelle in Umfangsrichtung erstreckt. Bei dieser Ausführung können sich die Mittelteile der Leiterelemente sehr einfach axial an dem ringförmigen Kunststoffkörper der Verschalteplatte abstützen, wobei sich die axial abgewinkelten Anschluss-Stecker gleichzeitig in den sich axial erstreckenden Halteelementen abstützen. Dabei werden die Leiterelemente bevorzugt, mittels plastischer Materialumformung des Kunststoffkörpers an diesem befestigt. Da die Anschluss-Stecker als Blechlaschen des Biegestanzteils ausgebildet sind, können diese in einfacherweise eine Schneidklemmverbindung mit den korrespondierenden Verbindungssteckern bilden.
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Da sich die flachen Anschluss-Stecker in Radial- und Axialrichtung erstrecken werden diese besonders günstig durch Führungsflächen der Halteelemente gestützt, die sich ebenfalls in Radialrichtung und Axialrichtung erstrecken.
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Die Anschluss-Stecker weisen in einer bevorzugten Ausgestaltung Querstege auf, die sich mit dem Blech der Anschluss-Stecker in Radialrichtung erstrecken.
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Wird beim Aufstecken der Verbindungsstecker nun eine Axialkraft auf die Anschluss-Stecker ausgeübt, kann diese Kraft durch axiale Anschlagsflächen der Halteelemente aufgenommen werden. Dadurch kann unabhängig von der Toleranz bei der Montage der Leiterelemente immer ein klar definierter Bezugspunkt in Axialrichtung für die Steckverbindung zur Verfügung gestellt werden.
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Zur Montage der Leiterelemente in die Halteelemente weisen letztere Schlitze in Axialrichtung auf, die in Radialrichtung mindestens so breit sind, wie die Mittelbereiche der Leiterelemente. Dadurch können die Leiterelemente mit den abgewinkelten Anschluss-Steckern axial in die Halteelemente eingefügt werden, derart, dass der abgewinkelte Mittelbereich des Leiterelements sich durch den Schlitz heraus in Umfangsrichtung erstrecken kann.
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Bei einer Ausführungsform der Verschalteplatte sind insgesamt genau drei axiale Fortsätze als Halteelement ausgebildet, wobei in jeden der Halteelemente jeweils zwei benachbarte Anschluss-Stecker eingefügt sind, so dass mit insgesamt sechs Anschluss-Steckern sechs unterschiedliche Phasen des Elektromotors ansteuerbar sind. Zur Abstützung der beiden Anschluss-Stecker weist das Halteelement einen Mittelsteg auf, der sich flächig in Radialrichtung und Axialrichtung erstreckt. An diesem Mittelsteg kann sich an dessen in Umfangsrichtung gegenüberliegenden Außenflächen jeweils ein Anschluss-Stecker anlegen. Um die Anschluss-Stecker jeweils in beide Umfangsrichtungen abzustützen, sind näherungsweise parallel zu den Führungsflächen des Mittelstegs beabstandet Gegenflächen ausgeformt, an denen sich die Anschluss-Stecker – oder insbesondere deren Querstege – in Umfangsrichtung abstützen.
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Bei einer alternativen Ausgestaltung der Verschalteplatte, bei der in einem axialen Halteelement immer jeweils nur ein Anschuss-Stecker eingefügt ist, können sich vorteilhaft zwei Verzweigungen des Leiterelements in beiden entgegengesetzten Umfangsrichtungen erstrecken. Dadurch kann die Teilevielzahl und Montageaufwand reduziert werden. Die beiden Zweige der Leiterelemente sind vorteilhaft bezüglich der Radialrichtung nebeneinander jedoch in Axialrichtung auf verschiedenen Ebenen angeordnet, damit diese Zweige sich nicht berühren. Dadurch kann auf eine zusätzliche Isolation verzichtet werden. Um die Leiterelemente mit den radial außenliegenden Verbindungsdrähten der Teilspulen zu verbinden, weisen die Leiterelemente – bzw. jeder Zweig des Leiterelements – Befestigungsabschnitte auf. Der Befestigungsabschnitt ist vorteilhaft einstückig mit dem Biegestanzteil ausgebildet, wobei der Befestigungsabschnitt des inneren Zweiges den äußeren Zweig des anderen Leiterelements axial beabstandet kreuzt.
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Damit die Abwinkelungen in beiden entgegengesetzten Zweigen axial in die Halteelemente einführbar sind, sind deren beide in Umfangsrichtung beabstandeten erste und zweite Führungsflächen derart ausgebildet, dass diese Flächen bzgl. der Radialrichtung nicht überlappen. Dadurch können die beiden Zweige von dem einen Blechelement des Anschuss-Steckers jeweils in entgegengesetzter Richtung um etwa 90° umgebogen werden und so axial in die Führungsschächte der Halteelemente eingeführt werden.
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Um eine Verdrehsicherung für einen Lagerdeckel zur Verfügung zu stellen, der axial auf die Verschalteplatte montiert wird, weist ein axialer Fortsatz eines einzigen Halteelements einen anderen Querschnitt auf, als die beiden anderen Halteelemente. Beispielsweise kann ein Halteelement in Umfangsrichtung breiter ausgebildet werden, wobei dann auch ein einziger axialer Durchbruch im Lagerschild entsprechend breiter ausgebildet wird.
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Spritzgusstechnisch kann das breitere Halteelement besonders günstig durch die Ausbildung eines zweiteiligen Halteelements realisiert werden. Dabei weisen die beiden axialen Fortsätze jeweils ein U-förmigen Querschnitt auf, so dass die freien Schenkel in Umfangsrichtung aufeinander zu zeigen. Dabei bilden vorteilhaft die Stirnseiten der freien Schenkel die entsprechende erste und zweite Führungsflächen die in Umfangsrichtung derart beabstandet angeordnet sind, dass dazwischen der Anschluss-Stecker eingefügt, bzw. eingeklemmt werden kann.
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Um die axiale Lage der Anschluss-Stecker exakt zu definieren, stützt sich die Verschaltungsplatte mittels Abstandshaltern direkt am Statorkörper ab. Da zwischen der Verschaltungsplatte und dem Statorkörper noch die Isoliermaske mit den Führungselementen für die Verbindungsdrähte angeordnet ist, werden somit Toleranzabweichungen dieser Isolierlamelle eliminiert. Die Abstandshalter werden vorteilhaft ebenfalls einstückig mit dem Kunststoffkörper der Verschalteplatte ausgebildet, bevorzugt als Spritzgussteil. Die Abstandshalter erstrecken sich dabei vorteilhaft axial gegenüber den Halteelementen an deren radial äußersten Bereich wodurch eine Durchbiegung der Verschaltungsplatte im Bereich der Anschluss-Stecker beim Einfügen der Verbindungs-Stecker verhindert wird.
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Zur Befestigung der Leiterelemente auf der Verschaltungsplatte sind an deren Kunststoffkörper einstückig Nietstifte in Axialrichtung angeformt, die nach dem Aufsetzen der Leiterelemente auf den Kunststoffkörper thermisch umgeformt werden. Dabei weisen die Leiterelemente besonders günstig Löcher im Blech auf, durch die der Nietstift hindurch ragt, wobei anschließend eine Nietverbindung ausgebildet wird.
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Der erfindungsgemäße Stator weist besonders günstig eine Verschalteplatte auf, bei der die einstückigen Leiterelemente, die als Biegestanzteile ausgebildet sind, jeweils zwei radial gegenüberliegenden Teilspulen-Paare elektrisch miteinander verbindet, wobei jeder Anschluss-Stecker als eine Phase vom Steuergerät ansteuerbar ist. Das Leiterelement kann dabei vorteilhaft ohne viel Verschnitt aus einem Blech gestanzt werden, da im Ausgangszustand beide Zweige sich näherungsweise parallel zueinander in einer Ebene mit dem Anschuss-Stecker erstrecken. Erst in einem zweiten Schritt werden die beiden Zweigen relativ zum Blech des Anschluss-Steckers etwa um 90° in entgegengesetzte Richtung umgebogen, um ein näherungsweise halbkreisförmiges Leiterelement zu bilden, an dessen Mitte sich axial der Anschluss-Stecker erstreckt.
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Bei der erfindungsgemäßen elektrischen Maschine ist der Stator derart bewickelt, dass zwei unmittelbar benachbarte Statorzähne mit jeweils genau einer Teilspule bewickelt sind, die mittels eines durchgewickelten Wicklungsdrahts ein Teilspulen-Paar bilden. Der Verbindungsdraht dieser unmittelbar benachbart angeordneten Teilspulen wird für alle Teilspulen-Paare in der gleichen axialen Ebene der Isolierlamelle geführt. Bei einem zwölfzähnigen Stator können so beispielsweise sechs Teilspulen-Paare mit jeweils sechs kurzen Verbindungsdrähten ausgebildet werden, wobei diese sechs kurzen Verbindungsdrähte jeweils die Schnittstelle zu den Befestigungsabschnitten der Leiterelemente bilden. Dadurch können in einfacherweise wahlweise sechs separate Phasen mit jeweils einem Teilspulen-Paar oder nur drei Phasen mit jeweils zwei elektrisch miteinander verbundenen Teilspulen-Paaren gebildet werden. Entsprechend können in der Verschaltungsplatte drei Anschluss-Stecker für drei Phase oder sechs Anschluss-Stecker für sechs Phasen in Axialrichtung ausgeformt werden.
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Gemäß dem erfindungsgemäßen Herstellungsverfahren der Verschaltungsplatte können die drei einstückigen Leiterelemente zuerst mit einer Hilfsvorrichtung derart zu einem Ring angeordnet werden, dass sich deren Befestigungsabschnitte radial überkreuzen. Danach können mit einem Hilfswerkzeug alle drei Leiterelemente gleichzeitig axial auf den Kunststoffkörper montiert werden, wobei die Anschluss-Stecker axial jeweils in die Führungsschächte der axialen Fortsätze der Halteelement eingefügt werden. Dadurch wird vermieden, dass die Leiterelemente noch nach deren axialer Montage in Radialrichtung umgebogen werden müssen.
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Kurze Beschreibung der Zeichnungen
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Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in den Zeichnungen dargestellt und in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert. Es zeigen:
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1 schematisch ein erfindungsgemäßes Wickelschema
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2 ein erfindungsgemäßes Leiterelement einer Verschaltungsplatte
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3 ein erstes Ausführungsbeispiel eines gewickelten Stators mit Isolierlamelle
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4 eine entsprechende Draufsicht gemäß 3
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5 und 6 ein Ausführungsbeispiel gemäß 3 mit einer ersten Ausführung einer aufgesetzter Verschalteplatte
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7 und 8 ein Ausführungsbeispiel gemäß 3 mit einer zweiten Ausführung einer aufgesetzter Verschalteplatte
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9 die Verschaltungsplatte gemäß 7 und 8 ohne Stator, und
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10 ein gestanztes Leiterelement vor dem Verbiegen.
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In 1 ist schematisch ein aufgeschnittener Stator 10 dargestellt, auf dessen Statorzähnen 14 das Wickelschema einer elektrischen Wicklung 16 dargestellt ist. Der Stator 10 weist beispielsweise zwölf Statorzähne 14 auf, wobei auf jeden Statorzahn 14 jeweils immer genau eine Teilspule 18 gewickelt ist. Dabei sind jeweils zwei unmittelbar nebeneinander liegende Teilspulen 18 mittels eines kurzen Verbindungsdrahts 31 zu einem benachbarten Teilspulen-Paar 17 verbunden. Mit dem Wickeln wird beispielsweise mit einem ersten Drahtanfang 28 am zweiten Statorzahn 14 begonnen und ein Verbindungsdraht 30 zum fünften Statorzahn 14 geführt. Unmittelbar nach dem fünften Statorzahn 14 wird der sechste Statorzahn 14 gewickelt, so dass dieses Teilspulen-Paar 17 mittels des kurzen Verbindungsdrahts 31 zweier unmittelbar benachbarten Teilspulen 18 verbunden ist. Nach dem sechsten Statorzahn 14 wird der Wickeldraht 22 mittels des Verbindungsdrahts 30 zum dritten Statorzahn 14 geführt, um dort ein mittels des Verbindungsdrahts 31 verbundenes Teilspulen-Paar 17 mit dem vierten Statorzahn 14 auszubilden. Vom vierten Statorzahn 14 wird der Wickeldraht 22 über den Verbindungsdraht 30 zum ersten Statorzahn 14 geführt, wo das Drahtende 29 des ersten Wicklungsstranges 24 unmittelbar benachbart zum Drahtanfang 28 angeordnet wird. Der zweite Wicklungsstrang 25 wird mit einem zweiten, separaten Wicklungsdraht 22 entsprechend der Wicklung des ersten Wicklungsstranges 24 gewickelt, so dass weitere drei Teilspulen-Paare 17 aus unmittelbar benachbarten angeordneten Teilspulen 18 entstehen, die mittels eines kurzen Verbindungsdrahts 31 verbunden sind. Der Drahtanfang 28 und das Drahtende 29 der beiden Wicklungsstränge 24, 25 sind jeweils elektrisch miteinander verbunden. Bei dieser Ausführung werden nach dem Wickeln immer zwei Spulen-Paare 17 zu einer Phase 26 verbunden, so dass insgesamt genau drei Phasen U, V, W mit jeweils vier Teilspulen entstehen. Die ersten drei Teilspulen-Paare 17 bilden einen eigene Wicklungsstrang 24, der aus einem separaten Wicklungsdraht 22 gewickelt ist, und gegenüber dem zweiten Wicklungsstrang 25 mit ebenfalls drei Teilspulen-Paaren 17 isoliert ist (wie dies durch die Strichpunkt-Linie zwischen dem sechsten und siebten Statorzahn 14 dargestellt ist). Daher könnten bei solch einer Wicklung sechs separate Phasen 26 angesteuert werden. Bei unserer Ausführung werden jedoch zwei radial genau gegenüberliegende Teilspulen-Paare 17 aus unterschiedlichen Wicklungssträngen 24, 25 mittels Leiterelementen 58 einer Verschaltungsplatte 52 elektrisch miteinander verbunden, um den elektronischen Aufwand des Steuergeräts zu reduzieren. Ein solches Leiterelement 58, das beispielsweise zur Ansteuerung der V-Phase in 1 verwendet wird, ist in 2 dargestellt und wird bei der zweiten Ausführung näher erläutert.
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In 3 ist nun eine räumliche Ansicht eines Stators 14 gezeigt, der entsprechend dem Wickelschema aus 1 gewickelt ist. Der Stator 14 weist einen Statorkörper 34 auf, der beispielsweise aus einzelnen Blechlamellen 36 zusammengesetzt ist. Der Statorkörper 34 umfasst dabei ein ringförmiges geschlossenes Rückschlussjoch 38, an dem radial nach innen die Statorzähne 14 angeformt sind. Im Inneren weist der Stator 14 eine kreisförmige Aussparung auf, in die ein nicht dargestellter Rotor einfügbar ist, wie dies besser in 4 ersichtlich ist. Die Statorzähne 14 erstrecken sich in Radialrichtung 4 nach innen und in Axialrichtung 3 entlang der Rotorachse. Im Ausführungsbeispiel sind die Statorzähne 14 in Umfangsrichtung 2 verschränkt ausgebildet, um das Rastmoment des Rotors zu verringern. Hierzu werden beispielsweise die Blechlamellen 36 in Umfangsrichtung 2 entsprechend gegeneinander verdreht. Bevor der Statorkörper 34 bewickelt wird, werden an beiden axialen Stirnseiten 39 Isolierlamellen 40 aufgesetzt, um den Wicklungsdraht 22 gegenüber dem Statorkörper 34 elektrisch zu isolieren. Zumindest eine der beiden Isolierlamellen 40 weist einen ringförmig geschlossenen Umfang 41 auf, von dem sich in Radialrichtung 4 Isolatorzähne 42 erstrecken, die die Stirnseiten 39 der Statorzähne 14 bedecken. Am ringförmigen Umfang 41 der Isolierlamelle 40 sind Führungselemente 44 ausgebildet, in denen die Verbindungsdrähte 30, 31 zwischen den Teilspulen 18 geführt werden. Hierzu sind beispielsweise am Umfang 41 Rillen 45 in Umfangsrichtung 2 ausgebildet, so dass die Verbindungsdrähte 30, 31 in axial versetzten Ebenen angeordnet sind, um ein Überkreuzen der Verbindungsdrähte 30, 31 zu verhindern. Die kurzen Verbindungsdrähte 31 zwischen den Teilspulen-Paaren 17 sind in der obersten axialen Ebene angeordnet, wobei insbesondere alle sechs Verbindungsdrähte 31 für die Kontaktierung der Phasenanschlüsse alle in der gleichen axialen Ebene verlaufen. Hierzu sind immer zwischen zwei Teilspulen 18 eines Teilspulen-Paares 17 zwei axiale Fortsätze 46 ausgebildet, die durch einen dazwischenliegenden radialen Durchbruch 47 voneinander getrennt sind. Somit sind die kurzen Verbindungsdrähte 31 der Teilspulen-Paare 17 von allen Seiten frei zugänglich und liegen insbesondere im Bereich des radialen Durchbruches 47 nicht an der Isolierlamelle 40 an. Die beiden Drahtanfänge 28 und Drahtenden 29 sind in diesem Ausführungsbeispiel in einer Labyrinthanordnung 50 fixiert, die jeweils in Umfangsrichtung 2 unmittelbar benachbart zu den zwei axialen Fortsätzen 46 angeordnet sind, die durch den radialen Durchbruch 47 beabstandet sind. So ist in 3 ersichtlich, dass der Drahtanfang 28 des ersten Wicklungsstrangs 24 über den Umfangsbereich des radialen Durchbruchs 47 parallel und unmittelbar benachbart zum Drahtende 29 des ersten Wicklungsstrangs 24 verläuft. Dabei ist der Drahtanfang 28 in einer ersten Labyrinthanordnung 50 an einer Seite des radialen Durchbruchs 47, und das Drahtende 29 des ersten Wicklungsstrangs 24 in einer zweiten Labyrinthanordnung 50 in Umfangsrichtung 2 gegenüberliegend zum radialen Durchbruch 47 angeordnet ist. Durch diese parallele Anordnung der kurzen Verbindungsdrähte 31 können diese in gleicher Weise wie die Verbindungsdrähte 31 der durchgewickelten Teilspulen-Paare 17 zum Zwecke der Phasenansteuerung elektrisch kontaktiert werden.
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In 4 ist ebenfalls gut ersichtlich, dass die beiden parallel verlaufenden Verbindungsdrähte 31 auf den gleichen Radius angeordnet sind. Die freien Enden des Drahtanfangs 28 und des Drahtendes 29 enden direkt nach den entsprechenden Labyrinthanordnungen 50, so dass sie radial nicht über die Verbindungsdrähte 30, 31 überstehen. Die Verbindungsdrähte 30, 31 verlaufen alle in Umfangsrichtung 2 entlang den Führungselementen 44 und liegen radial außerhalb der auf den Statorzähnen 14 gewickelten Teilspulen 18. In 4 sind die beiden Motorhälften 11, 13 schematisch ebenfalls durch die strichpunktierte Linie getrennt, wobei die linke Motorhälfte 11 elektrisch von der rechten Motorhälfte 13 isoliert ist. Die elektrische Wicklung 16 wird beispielsweise mittels Nadelwickeln gefertigt, wobei die Verbindungsdrähte 30, 31 zwischen den Teilspulen 18 mittels eines Wickelkopfs radial nach außen geführt und in den Führungselementen 44 abgelegt werden können. Bei dieser Ausführung sind alle Verbindungsdrähte 30, 31 axial auf einer Seite des Statorkörpers 34 angeordnet. In einer alternativen, nicht dargestellten Ausführung ist es auch möglich einen Teil der Verbindungsdrähte 30, 31 auf die axial gegenüberliegende Seite des Stators 14 zu verlegen. Dabei können beispielsweise die kurzen Verbindungsdrähte 31 zur Kontaktierung der Phasenansteuerung in einer ersten Isolierlamelle 40 angeordnet werden, und die anderen Verbindungsdrähte 30, die die verschiedenen Teilspulen-Paare 17 jeweils miteinander verbinden, auf der axial gegenüberliegend angeordneten Isolierlamelle 40 geführt werden.
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In 5 ist auf die Ausführung des Stators 10 gemäß 3 eine erste Ausführung einer Verschaltungsplatte 52 aufgesetzt, mittels der die elektrische Wicklung 16 angesteuert wird. Hierfür weist die Verschaltungsplatte 52 Anschluss-Stecker 54 auf, auf die kundenspezifische Verbindungs-Stecker 56 eines Steuergeräts gefügt werden können. Bei dieser Ausführung sind genau sechs Anschluss-Stecker 54 angeordnet, die jeweils mit einem Teilspulen-Paar 17 der elektrischen Wicklung 16 elektrisch verbunden sind. Dabei werden genau sechs Phasen 26 durch jeweils genau ein Teilspulen-Paar 17 gebildet, so dass die sechs Anschluss-Stecker 54 mit genau sechs Verbindungsdrähten 31 von benachbarten Teilspulen-Paaren 17 kontaktiert sind. Die Verschaltungsplatte 52 weist hierzu genau sechs Leiterelemente 58 auf, die an einem axial abgewinkelten Ende die Anschluss-Stecker 54 aufweisen, und am anderen Ende einen Befestigungsabschnitt 60, der mit den Verbindungsdrähten 31 elektrisch verbunden – beispielsweise verschweißt – wird. Die Verschaltungsplatte 52 weist einen Kunststoffkörper 62 auf, der als geschlossener Ring 61 ausgebildet ist, durch den der Rotor in den Stator 10 eingefügt werden kann. An dem Kunststoffkörper 62 sind einstückig Halteelemente 63 angeformt, die sich in Axialrichtung 3 vom Statorkörper 34 weg erstrecken. Die Leitelemente 58 erstrecken sich in Umfangsrichtung 2 entlang des Kunststoffkörpers 62, wobei die abgewinkelten Anschluss-Stecker 54 innerhalb der Halteelemente 63 in Axialrichtung 3 geführt werden. Am anderen Ende weisen die Leiterelemente 58 den Befestigungsabschnitt 60 auf, dessen freies Ende als Schlinge 64 ausgebildet ist, die die Verbindungsdrähte 31 umschließt. Dabei ist die Schlinge 64 aus einem Blechmaterial gebildet, dessen Querschnitt näherungsweise rechteckig ist. Im Ausführungsbeispiel sind die Leiterelemente 58 als Biegestanzteile 59 aus Blech gebildet, so dass die Schlinge 64 aus dem freien Ende des Befestigungsabschnitts 60 bei dessen Montage um den Verbindungsdraht 31 umgebogen werden kann. Nach dem Anordnen der offenen Schlinge 64 um den Verbindungsdraht 31 werden beispielsweise an beiden radial gegenüberliegenden Flächen der Schlinge 64 Elektroden angelegt, die in Radialrichtung zusammengedrückt werden, während sie zum Verschweißen der Schlinge 64 mit dem Verbindungsdraht 31 bestromt werden. Hierbei wird der Isolierlack des Verbindungsdrahts 31 aufgeschmolzen, so dass es zu einer metallischen festen Verbindung zwischen dem Befestigungsabschnitt 60 und dem Verbindungsdraht 31 kommt. Die Schlinge 64 wird im Bereich des radialen Durchbruchs 47 um den Verbindungsdraht 31 gelegt, da in diesem Bereich kein Führungselement 44 zwischen dem Verbindungsdraht 31 und der Schlinge 64 angeordnet ist. Dadurch ist genügend Freiraum für das Anlegen der Elektroden vorhanden, so dass ein freies Schenkelende 65 der Schlinge 64 gegen den Befestigungsabschnitt 60 gedrückt werden kann, wodurch die Schlinge 64 geschlossen wird. Dabei umschließt die Schlinge 64 je nach Teilspulen-Paar 17 nur einen einzigen Verbindungsdraht 31 oder gleichzeitig zwei parallel nebeneinander verlaufende Verbindungsdrähte 31 die aus dem Drahtanfang 28 und dem Drahtende 29 eines einzigen Wicklungsstrangs 24, 25 gebildet werden. Die Anschluss-Stecker 54 sind beispielsweise als Schneidklemmverbindungen 55 ausgebildet, die an ihrem freien axialen Ende 68 eine Kerbe 69 aufweisen, in die ein Draht oder ein Klemmelement des korrespondierenden Verbindungs-Stecker 56 des Kunden eingefügt werden kann. Am Anschluss-Stecker 54 ist des Weiteren ein Quersteg 70 in Radialrichtung 4 ausgebildet, der sich entsprechend an einem axialen Anschlag 72 des Halteelements 63 abstützt. Des Weiteren sind am Halteelement 63 eine erste Führungsfläche 74 und eine zweite Führungsfläche 75 ausgebildet, die den Anschluss-Stecker 54 in beide gegenüberliegenden Umfangsrichtungen 2 abstützen. Dadurch wird verhindert, dass die Anschluss-Stecker 54 beim Einfügen der Verbindungs-Stecker 56 in Umfangsrichtung 2 um- oder ausknicken, wodurch die axiale Toleranzen der Steckverbindung gewährleistet ist.
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Die Leiterelemente 58 sind zumindest teilweise radial nebeneinander angeordnet, wodurch es notwendig ist, dass die Befestigungsabschnitte 60 der inneren Leiterelemente 58 die äußeren Leiterelemente 58 radial überqueren, um mit den Verbindungsdrähten 31 kontaktiert zu werden. Daher sind die radial inneren Leiterelemente 58 auf einer axial höheren Bahn 76 des Kunststoffkörpers 62 angeordnet, und die radial äußeren Leiterelemente 58 auf einer axial tiefer gelegenen Bahn 77. Dabei liegen die als Blechstreifen ausgebildeten Mittelabschnitte 78 der Leiterelemente 58 flächig am Kunststoffkörper 62 an und sind beispielsweise mittels Nietverbindungen oder Rastelementen mit diesem verbunden. Dazu sind beispielsweise am Kunststoffkörper 62 axiale Nietstifte 79 ausgebildet, die entsprechende axiale Durchbrüche 80 der Leiterelemente 58 durchgreifen. Mittels Wärme – insbesondere Ultraschall – können die Enden der Nietstifte 79 zu einem Nietkopf 81 umgeformt werden, der einen Formschluss mit den Leiterelementen 58 bildet.
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Im Ausführungsbeispiel der 5 und 6 sind immer zwei Anschluss-Stecker 54 in einem gemeinsamen Halteelement 63 angeordnet, wobei diese in Umfangsrichtung 2 durch einen Mittelsteg 82 des Halteelements 63 voneinander getrennt sind. Dabei bildet der Mittelsteg 82 beidseitig jeweils eine erste, zweite Führungsfläche 74, 75 für die jeweils anliegenden Anschluss-Stecker 54. Die jeweils dem Mittelsteg 82 gegenüberliegenden zweiten und ersten Führungsflächen 75, 74 sind durch entsprechende Gegenflächen 83 gebildet, die sich in Radialrichtung 4 und Axialrichtung 3 erstrecken. Im Bereich der Halteelemente 63 sind – diesen axial gegenüberliegend – Abstandshalter 84 angeformt, die die Verschaltungsplatte 52 axial gegenüber dem Statorkörper 34 abstützten. Im Ausführungsbeispiel der 5 und 6 weist genau ein Halteelement 63 eine größere Breite 85 in Umfangsrichtung 2 auf, als die anderen beiden Halteelemente 63. Dadurch wird eine Verdrehsicherung geschaffen für einen nicht dargestellten Lagerdeckel, der axial mit entsprechend ausgeformten axialen Öffnungen auf die Halteelemente 63 gefügt wird.
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6 zeigt, wie die beiden Anschluss-Stecker 54 beidseitig an dem Mittelsteg 82 anliegen. Jeweils in entgegengesetzte Umfangsrichtungen 2 abgewinkelt schließt sich der jeweilige Mittelabschnitt 78 des Bahnen 76, 77 angeordnet sind, berühren sich diese nicht, so dass sie elektrisch gegeneinander Leiterelements 58 an. Da die radial nebeneinanderliegenden Leiterelemente 58 auf axial unterschiedlichen isoliert sind. Der Innenring des Kunststoffkörpers 62 ist leicht gewellt ausgebildet, damit ein Stempelwerkzeug an den inneren Enden der Statorzähne 14 direkt auf deren Seitenflächen angesetzt werden können. Dadurch kann der Stator 10 in ein nicht dargestelltes Motorgehäuse eingepresst werden.
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In 7 ist auf die Ausführung des Stators 10 gemäß 3 als weiteres Ausführungsbeispiel eine alternative Verschaltungsplatte 52 aufgesetzt, mittels der die elektrische Wicklung 16 angesteuert wird. Diese Ausführung entspricht der Ansteuerung mit genau drei Phasen U, V, W gemäß der schematischen Darstellung in 1. Bei dieser Ausführung weist die Verschaltungsplatte 52 genau drei Anschluss-Stecker 54 auf, auf die kundenspezifische Verbindungs-Stecker 56 eines Steuergeräts gefügt werden können. Jeder Anschluss-Stecker 54 ist Bestandteil eines Leiterelements 58, das ein erstes Teilspulen-Paar 17 mit einem zweiten – insbesondere radial genau gegenüberliegenden – Teilspulen-Paar 17 elektrisch verbindet. Dazu sind ausgehend von dem sich in Axialrichtung 3 erstreckenden Anschluss-Stecker 54 ein erster Zweig 90 und ein zweiter Zweig 91 in Umfangsrichtung 2 abgewinkelt angeordnet. Die beiden Zweige 90, 91 bilden zusammen etwa einen Halbkreis, und erstrecken sich entlang des ringförmigen Kunststoffkörpers 62, wobei sie an ihren vom Anschluss-Stecker 54 abgewandten Enden Befestigungsabschnitte 60 zur elektrischen Kontaktierung mit den Verbindungsdrähten 30, 31 der Teilspulen 18 aufweisen. Der erste Zweig 90 eines ersten Leiterelements 58 ist radial innerhalb des zweiten Zweigs 91 eines zweiten Leiterelements 58 angeordnet. Der Befestigungsabschnitt 60 des ersten inneren Zweigs 90 kreuzt daher den zweiten äußeren Zweig 91 des zweiten Leiterelements 58 in Radialrichtung 4, ohne diesen zu berühren. Dabei sind die radial inneren Zweige 90 auf einer axial höheren Bahn 76 angeordnet als die radial äußeren Zweige 91, die auf einer axial tiefer gelegenen Bahn 77 des Kunststoffkörpers 62 angeordnet sind. Die als Blechstreifen ausgebildeten Leiterelemente 58 liegen flächig am Kunststoffkörper 62 an und sind beispielsweise mittels Nietverbindungen 79, 81 oder Rastelementen mit diesem verbunden. Dazu sind beispielsweise am Kunststoffkörper 62 axiale Nietstifte 79 ausgebildet, die in entsprechende axiale Durchbrüche 80 der Leiterelemente 58 greifen. Mittels Wärme – insbesondere Ultraschall – können die Enden der Nietstifte 79 zu einem Nietkopf 81 umgeformt werden, der einen Formschluss mit den Leiterelementen 58 bildet. So ist beispielsweise jeder Zweig 90, 91 mittels je zwei Nietköpfen 81 an der Verschaltungsplatte 52 befestigt, wie besonders gut in 8 zu sehen ist. An dem Kunststoffkörper 62 sind wieder einstückig Halteelemente 63 angeformt, die sich in Axialrichtung 3 vom Statorkörper 34 weg erstrecken und die Anschluss-Stecker 54 aufnehmen. Die Anschluss-Stecker 54 sind beispielsweise wie in 5 ebenfalls als Schneidklemmverbindung 55 ausgebildet, die an ihrem freien axialen Ende 68 eine Kerbe 69 aufweisen, in die ein Draht oder ein Klemmelement des korrespondierenden Verbindungs-Stecker 56 des Kunden eingefügt werden können. Die Halteelemente 63 sind bei dieser Ausführung zweiteilig ausgebildet. Ein radial innerer Axialfortsatz 92 bildet eine erste Führungsfläche 74 in eine erste Umfangsrichtung 2 und ein radial äußerer Axialfortsatz 93 bildet die zweite Führungsfläche 75 für die entgegengesetzte Umfangsrichtung 2. Die beiden Axialfortsätze 92, 93 sind in Umfangsrichtung 2 versetzt angeordnet, so dass sich zwischen deren Führungsflächen 74, 75 der Anschluss-Stecker 52 in Axialrichtung 3 erstreckt. Die Axialfortsätze 92, 93 weisen jeweils eine Stützfläche 95 bezüglich der Radialrichtung 4 auf, an denen sich der Anschluss-Stecker 52 radial abstützt. Dazu weisen die Axialfortsätze 92, 93 beispielsweise einen L-förmigen oder U-förmigen Querschnitt 96 quer zur Axialrichtung 3 auf. Bezüglich der Axialrichtung 3 stützt sich der sich radial erstreckende Quersteg 70 an axialen Anschlägen 72 des Halteelements 63 ab. Die Axialfortsätze 92, 93 sind in Radialrichtung 4 so weit versetzt, dass sich diese in Radialrichtung 4 nicht überlappen. Dadurch sind in dem Halteelement 63 in beide Umfangsrichtungen 2 jeweils Öffnungen 98 ausgebildet, aus denen die beiden Zweige 90, 91 in entgegengesetzten Umfangsrichtungen 2 aus dem Halteelement 63 austreten. Damit die Leiterelemente 58 axial in die Halteelemente 63 montiert werden können, sind die Öffnungen 98 in Axialrichtung 3 nach oben offen. Die Abwinkelungen 100 der Zweige 90, 91 zum Anschluss-Stecker 54 sind radial nebeneinander und auf axial unterschiedlichen Ebenen angeordnet, damit sich die Zweige 90, 91 auf den axial unterschiedlichen Bahnen 76, 77 des Kunststoffkörpers 62 erstrecken können.
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Aus 8 ist ersichtlich, dass die Zweige 90, 91 radial im Bereich der Statorzähne 14 und radial innerhalb der Führungselemente 44 der Isolierlamelle 40 angeordnet sind. Die drei Halteelemente 63 sind in Umfangsrichtung 2 gleichmäßig verteilt in circa 120° Abstand angeordnet. Ein Halteelement 63 weist als Verdrehsicherung wieder eine größere Breite 85 in Umfangsrichtung 2 auf. Hierzu sind die beiden Axialfortsätze 92, 93 U-förmig ausgebildet, so dass deren freie Schenkel 87 in Umfangsrichtung 2 aufeinander zu zeigen. Die Stirnflächen 88 der freien Schenkel 87 bilden hierbei Führungsflächen 106 in Umfangsrichtung 2 (die den ersten und zweiten Führungsflächen 74, 75 entsprechen), zwischen denen die Anschluss-Stecker 54 angeordnet sind.
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Wie besonders in 9 zu erkennen ist, sind einstückig zu den Halteelementen 63 axial gegenüber zu diesen Abstandshalter 84 am Kunststoffkörper 62 angeformt, die axial am Statorkörper 34 anliegen. Die freien Enden der Befestigungsabschnitte 60 sind wie in 5 wieder als Schlingen 64 ausgebildet ist, die vor der Montage der Leiterelemente 58 noch offen sind, und nach deren Montage die Verbindungsdrähte 31 umschließen.
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In 10 ist ein Leiterelement 58 als Biegestanzteile 59 aus Blech nach dem Ausstanzen dargestellt, bevor es gebogen wird. In diesem Ausgangszustand weisen die beiden Zweige 90, 91 beide in die gleiche Umfangsrichtung 2, wodurch Blechmaterial gespart wird. Die beiden geplanten Abwinkelungen 100 sind im umgebogenen Zustand axial versetzt angeordnet, an denen die beiden Zweige 90, 91 danach in entgegengesetzten Umfangsrichtungen 2 umgebogen werden. Die bogenförmigen Zweige 90, 91 weisen hier leichte radiale Versätze 102 auf, um die radialen Verbreiterungen 104 an den Durchbrüchen 80 aufzunehmen. Die Befestigungsabschnitte 60 werden gemäß 5 als offene Schlinge 64 vorgebogen und nach dem Aufsetzen auf die Verbindungsdrähte 30, 31 radial zusammengedrückt zu einer geschlossenen Schlinge 64. Hierzu werden wieder an beiden radial gegenüberliegenden Flächen der Schlinge 64 Elektroden angelegt, die in Radialrichtung 4 zusammengedrückt werden, während sie beispielsweise zum Verschweißen der Schlinge 64 mit dem Verbindungsdraht 31, 30 bestromt werden. Somit können die Befestigungsabschnitte 60 und deren elektrische Kontaktierung mit der Wicklung 16 in derselben Weise ausgeführt werden, wie in der Ausführung gemäß 5 + 6. Dabei umschließt die Schlinge 64 je nach Teilspulen-Paar 17 nur einen einzigen Verbindungsdraht 31 oder gleichzeitig zwei parallel nebeneinander verlaufende Verbindungsdrähte 31 die aus dem Drahtanfang 28 und dem Drahtende 29 eines einzigen Wicklungsstrangs 24, 25 gebildet werden.
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Zur Montage der Leiterelemente 58 in die Halteelemente 63 des Kunststoffkörpers 62 werden zuerst alle drei Leiterelemente 58 mit ihren Zweigen 90, 91 ringförmig angeordnet, so dass die Befestigungsabschnitte 60 der inneren Zweige 90 die äußeren Zweige 91 radial überlappen. Dann werden alle drei Leiterelemente 58 zusammen gleichzeitig in Axialrichtung 3 zwischen den Führungsflächen 74, 75, 106 axial eingefügt. Dies erfolgt bevorzugt mittels eines Hilfswerkzeugs, das alle drei Leiterelemente 58 gleichzeitig positionieren und festhalten kann. Beim axialen Einfügen durchgreifen die Nietstifte 79 des Kunststoffkörpers 62 die axialen Durchbrüche 80 der Leiterelemente 58. Danach können die Enden der Nietstifte 79 zu Nietköpfen 81 umgeformt werden, um die Leiterelemente 58 formschlüssig mit dem Kunststoffköper 62 zu verbinden. Diese plastische Materialumformung erfolgt beispielsweise mittels Warmverprägen mit heißen Stempeln und/oder mittels Ultraschall.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 102010000710 A1 [0002]
