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Die Erfindung bezieht sich auf ein Wicklungsträgerteil für einen Trägerzahn einer elektrischen Maschine nach dem Oberbegriff des Anspruches 1.
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Stand der Technik
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In der
DE 10 2010 064 051 A1 wird ein Wicklungsträger zur Isolation einer Einzelzahnwicklung bei elektrischen Maschinen beschrieben. Der Wicklungsträger setzt sich aus zwei Wicklungsträgerhälften zusammen, die auf einen Trägerzahn des Stators aufgeschoben werden und aus elektrisch isolierendem Kunststoffmaterial bestehen, um einen Kurzschluss zwischen dem Wicklungsdraht und dem Eisenblech des Trägerzahns zu vermeiden. Jede Wicklungsträgerhälfte besteht aus einem Basisteil und einem einteilig mit dem Basisteil ausgebildeten Stirnteil, das im montierten Zustand auf der radial außen liegenden Seite der Wicklung angeordnet ist. In das Stirnteil ist eine Positionierungsstruktur eingebracht, die zum Halten und Führen eines Wicklungsdrahtanschlussabschnittes dient. Der Wicklungsdrahtanschlussabschnitt führt von der Spule auf dem Trägerzahn kommend radial durch eine Ausnehmung im Stirnteil nach außen und wird in der Positionierungsstruktur, die sich auf der Außenseite des Stirnteils befindet, um 90° axial nach oben umgelenkt.
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Bei derartigen Wicklungsträgern muss ein ausreichend großer radialer Bauraum berücksichtigt werden, der unter anderem von dem radial nach außen geführten und in der Positionierungsstruktur am Wicklungsträgerteil aufgenommenen Wicklungsdrahtanschlussabschnittes bestimmt ist.
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Offenbarung der Erfindung
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Das erfindungsgemäße Wicklungsträgerteil kann auf einen Trägerzahn einer elektrischen Maschine aufgesetzt werden, der Träger einer elektrisch bestrombaren Wicklung ist. Bei der elektrischen Maschine handelt es sich beispielsweise um eine elektronisch kommutierte Maschine mit einer Reihe von über den Umfang verteilt angeordneten Trägerzähnen am Stator. Die Trägerzähne können jeweils an einem Zahnsegment angeordnet sein, wobei sich die Trägerzähne in Radialrichtung des Stators erstrecken und mit einem in Umfangsrichtung verlaufenden Jochsegment verbunden sind. Die Jochsegmente der verschiedenen Zahnsegmente können zu einem umlaufenden Statorring zusammengesetzt werden. Das Wicklungsträgerteil wirkt elektrisch isolierend und verhindert einen elektrischen Kurzschluss zwischen dem Wicklungsdraht und dem Trägerzahn, der beispielsweise aus Eisenblech besteht. Das Wicklungsträgerteil bildet entweder ein vorgefertigtes Kunststoff-Formteil, das auf den Trägerzahn aufgesetzt wird, oder wird unmittelbar auf den Trägerzahn aufgespritzt. Es kann vorteilhaft sein, insbesondere im Falle von vorgefertigten Formteilen zwei Wicklungsträgerteile pro Trägerzahn vorzusehen, die auf diesen aufgeschoben werden, insbesondere von entgegengesetzten Richtungen.
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Das erfindungsgemäße Wicklungsträgerteil weist ein Basisteil auf, um den der Wicklungsdraht gewickelt wird, sowie ein Stirnteil, das mit dem Basisteil verbunden ist, insbesondere einteilig mit dem Stirnteil ausgebildet ist. Das Stirnteil befindet sich im montierten Zustand auf der radial außen liegenden Seite – bezogen auf die Längsachse der elektrischen Maschine – und im Falle einer Anordnung des Trägerzahns am Stator unmittelbar benachbart zum Statorring. Das Stirnteil kann sich zumindest annähernd in Umfangsrichtung erstrecken.
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Am Stirnteil, insbesondere der radial außen liegenden Seitenfläche des Stirnteils, befindet sich eine Positionierungsstruktur, die zum Halten und Führen eines Wicklungsdrahtanschlussabschnittes dient. Bei dem Wicklungsdrahtanschlussabschnitt handelt es sich insbesondere um das Wicklungsdrahtende, das über die Wicklung auf dem Trägerzahn übersteht und über das die Bestromung der Wicklung erfolgt. Die Positionierungsstruktur ist vorzugsweise einteilig mit dem Stirnteil ausgebildet und steht in Radialrichtung über die Seitenfläche des Stirnteils über.
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Die Positionierungsstruktur umfasst eine gekrümmte Führungsfläche, über die der von der Spule radial nach außen geführte Wicklungsdrahtanschlussabschnitt zunächst in Umfangs- oder Tangentialrichtung und anschließend in Achsrichtung umgelenkt wird.
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Die gekrümmte Führungsfläche der Positionierungsstruktur setzt sich vorteilhafterweise aus einem ersten und einem zweiten Führungsabschnitt zusammen, welche eine unterschiedliche Ausrichtung aufweisen. Der erste Führungsabschnitt der Führungsfläche erstreckt sich zumindest annähernd in Umfangs- oder Tangentialrichtung, wohingegen der zweite, sich hieran anschließende Führungsabschnitt sich zumindest annähernd in Achsrichtung erstreckt. Es kommen sowohl Ausführungen in Betracht, bei denen sich der erste Führungsabschnitt genau in Umfangs- oder Tangentialrichtung und der zweite Führungsabschnitt genau in Achsrichtung erstrecken als auch Ausführungen, bei denen einer dieser Abschnitte oder beide Abschnitte sich annähernd in Umfangs- oder Tangentialrichtung bzw. annähernd in Achsrichtung erstrecken, wobei der betreffende Führungsabschnitt unter einem Winkel von beispielsweise maximal 30° in Umfangs- oder Tangentialrichtung bzw. in Achsrichtung weist.
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Diese Ausführung hat den Vorteil, dass der Wicklungsdrahtanschlussabschnitt von der Wicklung auf dem Trägerzahn kommend am Stirnteil entlang der gekrümmten Führungsfläche der Positionierungsstruktur geführt werden kann, wobei die Ausrichtung mit dem Führungsabschnitt in Umfangs- oder Tangentialrichtung und dem weiteren Führungsabschnitt in Achsrichtung eine radial kompakt bauende Ausführung ermöglicht. Dementsprechend können elektrische Maschinen mit einem kompakten radialen Ausmaß gebaut werden. Im montierten Zustand steht der Wicklungsdrahtanschlussabschnitt insbesondere in Radialrichtung nicht über die Außenseite des Stators über, so dass der Außenradius der elektrischen Maschine von der Außenfläche des Stators bestimmt ist.
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Die Führung des Wicklungsdrahtanschlussabschnittes erfolgt von der Wicklung auf dem Trägerzahn kommend zunächst über einen kurzen Abschnitt radial nach außen bis zum Erreichen der gekrümmten Führungsfläche, an der der Wicklungsdrahtabschnitt dem ersten Führungsabschnitt folgend in Umfangs- oder Tangentialrichtung umgebogen wird und anschließend entlang des zweiten Führungsabschnittes in Achsrichtung geführt wird. Aufgrund der Krümmung der Führungsfläche gehen der erste Führungsabschnitt mit der Ausrichtung in Umfangs- oder Tangentialrichtung und der zweite Führungsabschnitt mit der Ausrichtung in Achsrichtung stufenlos und kontinuierlich ineinander über. Dementsprechend kann der Wicklungsdrahtanschlussabschnitt der Führungsfläche entsprechend gekrümmt werden.
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Insgesamt weist der Wicklungsdrahtanschlussabschnitt zumindest zwei Biegungen auf, nämlich eine erste Biegung vom radialen Teil in den in Umfangs- oder Tangentialrichtung weisenden Teil und eine zweite Biegung von dem in Umfangs- oder Tangentialrichtung weisenden Teil in den in Achsrichtung weisenden Teil. Da der in Radialrichtung weisende Teil sehr kurz gehalten werden kann, kann eine in Radialrichtung klein bauende elektrische Maschine realisiert werden.
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Der letzte Teil des Wicklungsdrahtanschlussabschnittes, der in Achsrichtung weist, ist vorteilhaft bezogen auf die Umfangsrichtung zumindest annähernd mittig des Trägerzahns angeordnet.
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Gemäß einer vorteilhaften Ausführung umfasst die Positionierungsstruktur zusätzlich zu der gekrümmten Führungsfläche eine hierzu beabstandete Gegenkontur, wodurch eine zwischenliegende Aufnahmenut gebildet ist, in die der Wicklungsdrahtanschlussabschnitt eingesetzt werden kann. Die Gegenkontur stützt und hält den Wicklungsdrahtanschlussabschnitt, der sich an die gekrümmte Führungsfläche anlegt. Die Gegenkontur weist vorteilhafterweise eine zumindest annähernd gerade Seitenfläche auf, die eine Seitenwand der Aufnahmenut bildet. Die Gegenkontur verhindert, dass der Wicklungsdrahtanschlussabschnitt sich von der gekrümmten Führungsfläche löst und gewährleistet eine dauerhaft sichere Führung des Wicklungsdrahtanschlussabschnittes.
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Gegebenenfalls ist der Wicklungsdrahtanschlussabschnitt in der Aufnahmenut, gebildet von der gekrümmten Führungsfläche und der Gegenkontur, eingeklemmt, wofür eine die freie Querschnittsfläche verjüngender Klemmabschnitt, der in die Aufnahmenut hineinragt, vorgesehen sein kann. Dieser Klemmabschnitt, der beispielsweise die Form einer in die Aufnahmenut hineinragenden Klemmnase aufweist, kann insbesondere einteilig mit der Gegenkontur ausgebildet sein.
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Gemäß einer weiteren zweckmäßigen Ausführung bilden die gekrümmte Führungsfläche sowie die Gegenkontur eine Einlaufschräge im Bereich eines Endes der Aufnahmenut, wobei der Wicklungsdrahtanschlussabschnitt, der in Radialrichtung von der Wicklung auf den Trägerzahn kommt, über die Einlaufschräge mit vergrößerter Querschnittsfläche in die Aufnahmenut hineingeführt wird. Die Einlaufschräge erleichtert das Einsetzen des Wicklungsdrahtanschlussabschnittes in die Aufnahmenut zwischen gekrümmter Führungsfläche und Gegenkontur.
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Gemäß noch einer weiteren vorteilhaften Ausführung ist unmittelbar benachbart zu der gekrümmten Führungsfläche eine Verbindungsausnehmung in das Stirnteil eingebracht, durch die der radiale Teil des Wicklungsdrahtanschlussabschnittes geführt ist. Durch die Verbindungsausnehmung ist die Positionierungsstruktur, die sich vorzugsweise auf der Außenseite des Stirnteils befindet, mit dem Wicklungsraum auf dem Trägerzahn zur Aufnahme der Wicklung verbunden. Die Verbindungsausnehmung kann gegebenenfalls seitlich offen ausgebildet sein oder, in einer alternativen Ausführung, nach Art einer vom Rand beabstandeten Bohrung in das Stirnteil eingebracht sein.
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Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausführung weist das Basisteil einen Wicklungsaufnahmebereich auf, auf den der Wicklungsdraht aufgewickelt wird. Der Wicklungsaufnahmebereich auf dem Basisteil ist von dem Stirnteil radial nach außen begrenzt. Auf der radial innen liegenden Seite kann ebenfalls ein Stirnteil ausgebildet sein, das insbesondere einteilig mit dem Basisteil ausgeführt ist.
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Gemäß einer weiteren zweckmäßigen Ausführung ist die Positionierungsstruktur auf der radial außen liegenden Seitenfläche des Stirnteils angeordnet, wobei der radiale Überstand der Positionierungsstruktur mindestens dem Durchmesser des Wicklungsdrahtanschlussabschnitts entspricht. Hierdurch ist gewährleistet, dass der Wicklungsdrahtanschlussabschnitt radial nach außen nicht weiter übersteht als die Positionierungsstruktur, welche ihrerseits nicht weiter radial übersteht als der Statorring.
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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 in perspektivischer Ansicht zwei Trägerzähne eines Stators einer elektrischen Maschine, auf die jeweils Wicklungsträgerteile aus Kunststoff aufgesetzt sind, um die ein Wicklungsdraht gewickelt ist,
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2 eine Draufsicht auf die Trägerzähne gemäß 1,
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3 eine vergrößerte Darstellung aus dem Bereich eines Wicklungsträgerteils mit einem Wicklungsdrahtanschlussabschnitt, der in einer Positionierungsstruktur am Wicklungsträgerteil geführt ist,
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4 in perspektivischer Einzeldarstellung ein Wicklungsträgerteil,
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5 das Wicklungsträgerteil in einer weiteren perspektivischen Darstellung. In den Figuren sind gleiche Bauteile mit gleichen Bezugszeichen versehen.
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In den 1 bis 3 sind jeweils Zahnsegmente 1 dargestellt, die in Umfangsrichtung zusammengesetzt sind und einen Stator einer elektrischen Maschine bilden, die als Innenläufermotor ausgebildet ist, insbesondere als elektronisch kommutierter Motor. Jedes Zahnsegment 1 weist ein Jochsegment 2 und einen Trägerzahn 3 auf, wobei die Jochsegmente 2 bezogen auf die Motorlängsachse auf der radial außen liegenden Seite liegen und im zusammengesetzten Zustand den radial außen liegenden Statorring bilden. Die Trägerzähne 3 jedes Zahnsegmentes 1 sind einteilig mit dem Jochsegment 2 ausgebildet und erstrecken sich radial nach innen. Auf jeden Trägerzahn 3 ist eine Wicklung 4, bestehend aus einem Wicklungsdraht, aufgewickelt. Die Wicklungen 4 sind über Wicklungsdrahtanschlussabschnitte 5 elektrisch angeschlossen, die axial nach oben herausragen.
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Auf jeden Trägerzahn 3 sind Wicklungsträgerteile 6 aus Kunststoff aufgesetzt, die in den 4 und 5 in Einzeldarstellung gezeigt sind. Pro Trägerzahn 3 können zwei Wicklungsträgerteile 6 von gegenüberliegenden axialen Seiten auf den Trägerzahn 3 aufgeschoben werden. Es ist aber auch möglich, nur ein einziges Wicklungsträgerteil pro Trägerzahn 3 vorzusehen, der beispielsweise auf den Trägerzahn 3 aufgespritzt wird. Die Wicklungsträgerteile 6 bestehen aus Kunststoff und wirken elektrisch isolierend.
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Das Wicklungsträgerteil 6 umfasst ein Basisteil 7, das auf den Trägerzahn 3 aufsetzbar ist oder unmittelbar am Trägerzahn 3 angespritzt ist, und ein Stirnteil 8, das einteilig mit dem Basisteil 7 ausgebildet ist und axial über das Basisteil 7 übersteht. Am Basisteil 7 ist ein Wicklungsaufnahmebereich 9 zur Aufnahme der Wicklung 4 gebildet, der mit Nuten 10 zur Aufnahme der Wicklungsdrähte ausgebildet ist. Der Wicklungsaufnahmebereich 9 ist an einer axialen Seite radial seitlich zum einen von dem Stirnteil 8 begrenzt und zum andern von einer beabstandeten, radial gegenüberliegenden Stirnwand 11, die ebenfalls einteilig mit dem Basisteil 7 ausgebildet ist.
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An der radial außen liegenden Seitenfläche des Stirnteils 8 befindet sich eine einteilig mit dem Stirnteil 8 ausgebildete Positionierungsstruktur 12, die zum Führen und Halten des Wicklungsdrahtanschlussabschnitts 5 dient (siehe 3). Die Positionierungsstruktur 12 steht radial nach außen über die Seitenfläche des Stirnteils 8 über, der Überstand entspricht mindestens dem Durchmesser des Wicklungsdrahtanschlussabschnittes 5, so dass der radial nach außen sowie axial nach oben geführte Wicklungsdrahtanschlussabschnitt 5 mit seiner Außenseite maximal an der Außenseite der Positionierungsstruktur 12 liegt. Bezogen auf die den Statorring bildenden Jochsegmente 2 ist die Positionierungsstruktur 12 radial nach innen versetzt.
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Die Positionierungsstruktur 12 dient dazu, den Wicklungsdrahtanschlussabschnitt von der Wicklung 4 kommend zunächst radial nach außen und schließlich an der außen liegenden Seitenfläche des Stirnteils 8 in einem ersten Führungsabschnitt in Umfangs- oder Tangentialrichtung und in einem zweiten Führungsabschnitt in Achsrichtung nach oben zu führen. In das Stirnteil 8 ist eine seitlich offene Verbindungsausnehmung 13 eingebracht, durch die der radial nach außen weisende Abschnitt des Wicklungsdrahtanschlussabschnittes geführt ist. Die Positionierungsstruktur 12 weist eine radial überstehende Erhebung mit einer gekrümmten Führungsfläche 14 auf, die sich aus einem zumindest annähernd in Umfangs- oder Tangentialrichtung weisenden, ersten Führungsabschnitt 14a und einem sich hieran anschließenden, zumindest annähernd in Achsrichtung weisenden zweiten Führungsabschnitt 14b zusammensetzt. Die Führungsabschnitte 14a und 14b gehen stufenlos ineinander über.
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Die Positionierungsstruktur 12 umfasst außerdem eine zu der Führungsfläche 14 axial beabstandete Gegenkontur 15, wobei zwischen der Führungsfläche 14 und der Gegenkontur 15, die ebenfalls als radial nach außen gerichtete Erhebung ausgebildet ist, eine Aufnahmenut 16 zum Führen und Halten des Wicklungsdrahtabschnittes 5 gebildet ist. Auf der der Verbindungsausnehmung 13 zugewandten Seite erweitert sich die Aufnahmenut 16 zu einer Einlaufschräge, indem die erste Führungsfläche 14 unter einem Winkel zur Umfangsrichtung von ca. 20° bis 30° verläuft und sich zur Verbindungsausnehmung 13 hin öffnet. Die Gegenkontur 15 weist dagegen eine in Umfangsrichtung weisende, geradlinige Seitenfläche auf.
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Die erste Führungsfläche 14a ist mit der zweiten Führungsfläche 14b, welche sich in Achsrichtung erstreckt, über einen gekrümmten Verbindungsbogen verbunden. Dies ermöglicht es, gemäß 3 den Wicklungsdrahtanschlussabschnitt 5 mit einer entsprechenden Krümmung zu versehen und unmittelbar an der Führungsfläche 14 anliegen zu lassen.
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In die Aufnahmenut 16 ragt ein Klemmabschnitt 17 ein, der einteilig mit der Gegenkontur 15 ausgebildet ist. Der Klemmabschnitt 17 erhebt sich in Achsrichtung gegenüber der geradlinigen Seitenfläche der Gegenkontur 15 und stellt sicher, dass der Wicklungsdrahtanschlussabschnitt 5 in der Aufnahmenut 16 eingeklemmt ist.
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Der axiale Führungsabschnitt 14b erstreckt sich bis zum axial oben liegenden Rand des Stirnteils 8.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 102010064051 A1 [0002]
